Metabolisme lipida Mikroorganisme dapat mensintesis lemak dengan gabungan dari asam lemak dan gliserol. Asam lemak yang merupakan senyawa hidrokarbon berantai panjang akan terbentuk bila 2 fragmen karbon dari sati asetil ko A ditambahkan satu sama lainnya. Pautan antara enzim dari gliserol dan asam lemak merupakan senyawa biosintesis dari asam lemak sederhana. Lipid merupakan komponen penyusun membran plasma pada dinding sel mikrobia yang bisa dalam bentuk fosfolipid, glikolipid, lipoprotein, dsb. Pada beberapa bakteri seperti pseodomonas, Bacillus, Coli, bisa tumbuh pada medium lemak. Lipid juga membantu pembentukan dinding sel bakteria gram negatif, dan sama halnya dengan karbohidrat lipid juga menjadi cadangan energi (Palczar. 2008). b. METABOLISME LIPID DAN PROTEIN Metabolisme merupakan serangkaian reaksi yang melibatkan serangakai reaksi kimia yang terjadi didalam sel sedangkan bioenergetik mikroba mempelajari penghasilan dan penggunaan energi oleh mikroba. Mikroba melakukan proses metabolisme yang merupakan serangkaian reaksi kimia yang luar biasa banyaknya. Proses ini terdiri atas katabolisme yang merupakan proses perombakan bahan disertai pembebasan energi (reaksi eksergonik), dan anabolisme yaitu merupakan proses biosintesis yang memerlukan energi (reaksi endergonik). Penggunaan energy yang dimaksud adalah digunakan untuk sintesis komponen-komponen sel dan untuk kegiatan-kegiatan selular contohnya untuk pergerakan. Pada pembahasan kali ini dikhususkan untuk mengetahui metabolism lipid dan protein yang dilakukan oleh mikroba. Gambaran umum dari metabolism yang terjadi pada suatu sel, termasuk mikroorganisme Bila sel mikroba merombak ikatan-ikatan kimiawi tertentu yang terdapat pada lipid dan protein selama metabolism, energy yang dilepaskan menjadi tersedia untuk melangsungkan kerja metabolism, baik untuk proses anabolisme maupun katabolisme. Gambaran umum metabolism yang terjadi pada sel bakteri Dalam lipid terdapat triasilgliserol yang banyak mengandung gugus -CH2- dimana pada setiap ikatan-ikatan C banyak tersimpan energy yang dapat digunakan untuk proses biosintesis. Pada gugus -CH2- pada rantai asam lemak merupakan bentuk simpan yang ideal untuk suplai energy metabolic. Zat ini dalam bentuk sangat tereduksi dan karenanya menghasilkan energy dua kali lipat lebih per gram karbohidrat apabila dipecah menjadi CO2 dan H2O. Protein merupakan molekul organic yang sangat penting bagi kelangsungan hidup suatu organism termasuk mikroba. Unsur penting yang menyusun protein ini ialah nitrogen. Sehigga metabolism protein juga disebut dengan metabolism nitrogen. Tujuan utama dari prpses metabolism nitrogen adalah unruk membentuk komponen-komponen penting penyususun tubuh suatu mikroba. Tetapi selain metabolism protein juga berfungsi untuk pengahasil energy selain karbohidrat dan lipid. Karena pada terdapat ikatan -CH2yang menyimpan energy. apabila dipecah menjadi CO2 dan H2O. bakteri nitrifikasi diwakili oleh dua jenis, Nitrosomonas dan Nitrobacter. Bersama-Sama bakteri ini dapat memenuhi oksidasi NH3 . Jalur utama biosentetis sel prokariotik METABOLISME LIPID Bakteri dapat tumbuh pada beberapa substrat. Substrat tersebut dapat berupa glukosa (karbihidrat) tetapi dapat juga tumbuh disegala jenis substrat.Bakteri yang mampu tumbuh pada asam lemak dan lipid. Lipids merupakan bagian dari membranes organisme hidup dan jika tersedia (biasanya karena organisme yang menggunakan mereka meninggal) dapat digunakan sebagai sumber makanan. Lipids molekul yang besar dan tidak dapat diangkut di seluruh selaput. Bakteri memiliki extracellular enzymes disebut lipases bertanggung jawab atas peghancuran lipids. Lipases menyerang ikatan antara gliserin molekul oksigen dan asam lemak. sedangkang fhospholipids akan diuraikan oleh phospholipases. Metabolism lipid pada bakteri dapat berupa proses katabolisme lipid, dapat melalui proses β-oksidasi, dan proses anabolisme yang merupan proses pembentukan kembali lipid yang dapat digunakan dalam tubuh organism tersebut contohnya adah dalam pembentukan membrane sel. Gambaran utama metabolism lipid 1. KATABOLISME LIPID Katabolisme lipid hewan prokariotik dalam hal ini bakteri, sedikit memiliki perbedaan dengan katabolisme lipid pada hewan eukariotik. Karena pada bakteri belum mempunyai mitokondria, sedangan hewan eukariotik pada umunya sudah memiliki mitokondria. Perbedaan tersebut dapat terletak pada tempat terjadi katabolisme lipid. Lipid pada bakteri masuk melalui proses transport nutrient, setelah sebelumnya telah di pecah oleh enzim ekstra selular yaitu enzim lipase Proses pengangkutan solute yang berupa lipid, dan karbohidarat dari luar sel kedalam sel prokariotik Katabolisme lipid pada dasarnya adalah bagaimana suatu sel memperoleh energy dari nutrisi yang diporoleh, yang berasal dari luar sel ataupun yang tersipan dalam sel tersebut termasuk pada hewan prokariotik seperti bakteri. Katabolisme lemak memulai dengan asam lemak bebas. Yang dihasilkan dari intra sel maupun dari trigliserida simpanan yang dapat dihidrolisa oleh enzim lipase. Lipids merupakan molekul yang besar dan tidak dapat diangkut di seluruh selaput. Bakteri memiliki extracellular enzymes disebut lipases bertanggung jawab atas rhirolisa lipids. Lipases memecahkan ikatan antara gliserin molekul oksigen dan asam lemak. Sedangkan phospholipids akan dihridolisis oleh phospholipases. Ada empat kelas phospholipases diberikan nama yang berbeda tergantung pada ikatan mereka. Hasil ini adalah pencernaan hydrophillic kepala molekul, gliserin dan fatty acid berbagai rantai panjang. Kepala dapat menjadi salah satu dari beberapa kecil molekul organik yang masuk ke dalam siklus TCA oleh satu atau dua reaksi yang kita tidak akan membahas di sini. Gliserin akan diubah menjadi 3-Phosphoglycerate (tergantung pada tindakan phospholipase C atau phospholipase D) dan akhirnya pyruvate melalui glycolysis. Gambar proses pemecahan lipid menjadi gliserol dan asamlemak melalui phospholipase. Sebelum masuk kedalam proses β-oksidasi, sebelumya asam lemak yang sudah terdapat pada sitoplasma sel diaktifan terlebih dahulu oleh penambahan Koenzim A. Aktivasi dari Asam Lemak Bebas. Asam lemak yang berada bebas dalam sitoplasma harus bereaksi dengan koenzim A dan ATP untuk menghasilkan suatu produk yang diaktifkan yaitu asail lemak CoA. Reaksi ini dikatalis dalam sitoplasma oleh suatu kelompok enzim yang dikenal secara kolektif sebagai tiokinase. Spesifitas dari enzim ditentukan oleh panjangnya rantai (panjang, pendek, sedang) substrat asam lemak. Reaksi merupakan suatu contoh dari pemecahan pirofosforil dari ATP. Setelah proses aktifasi dari asam lemak ini, selanjutnya produk yang teleh dihasilkan yaitu Asil KoA Lemak pada bakteri akan lansung masuk pada proses β-oksidasi untuk mengalami proses okidasi. Sedangkan pada eukariota seperti manusia harus melewati beberapa proses agar asil KoA ini dapat masuk ke dalam mitokodria untuk selanjutnya dioksidasi. Proses aktivasi asam lemak oleh ATP menjadi Asil CoA lemak β-oksidasi oksidasi β-oksidasi oksidasi adalah merupakan sumber penghasil energy terbesar, dengan cara memutuskan ikatan karbon pada asam lemak. Pemutusan atom C dimulai dengan atom C β yaitu merupan atom C kedua. Letak atom karbon β pada rantai suatu asam lemak berantai 16 atom karbon Pasangan-pasangan reaksi berikut melakukan terhadap molekul-molekul CoA asil lemak menjadi satuan dua karbon (asetil KoA) yang berlangsung dua karbon sekali. Proses ini disebut suatu spiral dan bukannya siklus, karena “tiap putaran” membuat rantai asil lemak dua karbon. Gambar dibawah menunjukan keseluran dari proses β-oksidasi ini Gambaran umum beta oksidasi β-oksidasi terdiri dari beberapa tahap yaitu terdiri dari 4 proses utama: ─ Dehidrogenasi pertama ─ Hidratasi ─ Dehidrogenasi kedua ─ Thiolisis 1. Dehidrogenase/oksidasi pertama Merupakan tahap awal dari β-oksidasi yang mengoksidasi CoA asil lemak dengan menggunakan sekelompok enzim yang disebut CoA asil lemak dehidrogenase. Seperti tiokinase, berbeda-beda anggota kelompok enzim yang serupa ini , bersikap spesifik terhadap bermacam-macam batas rantai (panjang, sedang, pendek) dalam substrat CoA asil lemak. Ini merupakan enzim yang memerlukan FAD dan FADH2 yang dihasilkan dan nantinya dapat dioksidasi kembali oleh rantai pernafasan pada tingkat fosforilasi oksidatif. Dehidrogenase/oksidasi pertama, yang merupakan awal dari β-oksidasi Pada proses dehidrogenase/oksidasi pertama ini terjadi: ─ Berperan pada pembentukan rantai ganda antara atom C2 – C3. ─ Mempunyai akseptor hidrogen FAD+. beda enzimnya, dan menghasilkan ∆2-trans-enoil CoA.─ Antara asam lemak yg berbeda panjangnya 2. Hidratasi Merupakan proses penambahan HOH kepada –CH=CH-. Ikatan rangkap dari enoil CoA dihridratasi untuk menghasilkan sebuah alkohol sekunder. Reaksi ini dikatalis oleh enoil hidratase. Jadi pada tahap ini terjadi: ─ Mengkatalisis hidrasi trans enoyl CoA ─ Penambahan gugus hidroksi pada C no. 3 ─ Menghasilkan 3-L-hidroksiasil Co. A Tahap hidratasi yang mrproses penambahan HOH kepada –CH=CH- yang menghasilkan3-L-hidroksiasil CoA 3. Dehidrogenase/oksidasi kedua Dimana gugus fungsional alkohol sekuder dari 3-L-hidroksiasil CoA mengalami dehidrogenase mejadi keton oleh NAD+ oleh enzim yang disebut hidroksilasi CoA dehidrogenase. Untuk setiap mol yang dioksidasi, dihasilkan satu mol NADH, yang teroksidasi oleh rantai pernafasan. Pada Dehidrogenase/oksidasi kedua terjadi: • Mengkatalisis oksidasi -OH pada C no. 3 / C β à menjadi keton • Akseptor elektronnya : NAD+ Dehidrogenase/oksidasi kedua 4. Thiolisis Merupakan proses penghapusan asetil KoA. Penghapusan dari unsur-unsur asetil CoA dari tahap-tahap yang telah terjadi sebelumnya. Pengahapusan ini akan menghasilkan gugus asil lemak dengan dua karbon lebih sedikit dari pada kita jumpai pada tempat pertama. Rekasi ini dikatalisis oleh enzim tiolase yang mereaksikan CoASH dengan molekul β-ketoasil CoA untuk menghasilkan asetil CoA dan satu molekul asil CoA lemak yang telah diperpendek. Thiolisis yang merupakan proses penghapusan asetil KoA Rantai asil lemak yang telah diperpendek ini dapat mengalami degradasi lebih lanjut oleh beta oksidasi, dengan mengulang tahap-tahap yang baru saja diuraikan. Potensial untuk menghasilkan ATP dengan proses β-oksidasi ini besar. Jika asetil KoA yang dihasilkan, jika dioksidasi lebih lanjut lewat ke dalam siklus krebs, maka hasil total ATP tiap putaran dari β-oksidasi adalah: dapat dilihat pada table Produk yang dihasilkan Jumlah ATP ─ Oksidasi 1 FADH2 (tahap 1, dioksidasi kembali lewat rantai pernafasan) ─ Oksidasi 1 NADH (tahap 2, dioksidasi kembali lewat rantai pernafasan) ─ Oksidasi asetil KoA lewat siklus krebs 1,5 2,5 10 Oksadasi Asam Lemak Tidak Jenuh Oksidasi asam lemak tak jenuh memerlukan 2 enzim tambahan yaitu: ─ Enoyl CoA isomerase ─ 2,4 dienoyl CoA reduktase Urutan oksidasi asam lemak yang baru saja dijelaskan memebrian lintaasan lintasan yang dilalaui oeh asam lemak jenuh, yaitu asam lemak yang hanya memiki satu ikatan tunggal pada rantai carbonnya. Asam lemak tak jenuh merupan asam lemak yana memeliki dua atau lebih ikatan rangkap. Ikatan ganda tersebut biasanya tidak berada pada letak spesifik pada rantai asam lemak, yang dapat dikatalisa oleh hidratase enoil-KoA, enzim yang biasanya mengkatalisis reaksi pertambahan air dengan ikatan ganda ∆2-enoilKoA yang dihasilkan selama β-oksidasi asam lemak. `akan tetapi, melalui kerja dua enzim pembantu, oksidsasi asam lemak yang dijelaska diatas dapat juga mengoksidasi asam lemak tidak jenuh. Kerja enzim ini, yang satu isomerase dan yang lain sebagai epimerase. Oksadasi Asam Lemak Berkarbon Ganjil Walaupun hamper semua lipid yang kita jumpai dialam mengandung asam lemak dengan jumlh atom karbon genap, asam lemak dengan jumlah atom ganjil ditemukan. Salah satu contoh dasr asam lemak berkarbon ganjil adalah asam propionate. Asam lemak berantai lemak ganjil, dioksidasi dengan lintasan yang sama seprti asam lemak berantai genap, dimulai pada ujung karboksil rantai ini. Akan tetapi, substrat bagi putaran terakhir rangkaian oksidasi asam lemak adalah asil lemak KoA, komponen asam lemaknya hanya memiliki 5 atom karbon. Bilamana molekul ini teroksidasi dan terurai , produknya adalah aseti KoA dan propionil- KoA. Oksidasi propionil-KoA menjadi suksinil KoA Molekul KoA tentulah dioksidasi pada siklus asam sitrat, tetapi propionil KoA dikarboksilasi menjadi stereoisomer D molekul metilmalonil-KoA oleh enzim yamg mengandung biotin yaitu karboksilase propionil-KoA. D metilmalonil-KoA yang dibentuk ini lalu mengalami epimerasi enzimatik membentuk L-nya oleh kerja metilmalonil epimerase. Lmetilmalonil-KoA akan mengalami penyusunan intra molekul membentuk suksinil-KoA, yang dikatalis oleh metilmalonil-KoA mutase, yang memerlukan deoksiadenosilkobalamin sebagai koenzim. Molekul ini merupakan bentuk koenzim dari B12 atau kobalamin. Suksinil-KoA tentulah merupakan suatu senyawa antara siklus asam sitrat dan akhirnya berubah menjadi oksaloasetat. BIOSINTESIS ASAM LEMAK Lipids adalah penting dalam pembentukan struktur dan fungsi membrane sel prokariotik. Sintesis asam pada bacteria merupakan sintesis asam lemak tipe II. Terdapat 2 tipe dalam biosintesis asam lemak yaitu: ─ Sintesis asam lemak tipe I yang terjadi pada mamalia dan aves. ─ Sintesis asam lemak tipe II yang terjadi pada bacteri dan tanaman. Biosintesis asam lemak bukan merupakan kebalikan dari degradasi asam lemak. Terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam sintesis asam lemak yaitu: 1. Lipogenesis terjadi dalam sitoplasma akibat bekerjanya suatu kompleks multienzim yang disebut kompleks asam lemak sintetase 2. Pada sintesis asam lemak memerlukan CO2 3. Sintesis asam lemak bukan merupakan kebalikan dari beta oksidasi. Sementara hasil akhir β-oksidasi adalah asetil KoA, maka pada pembangunan utama dari sintesis asam lemak adalah malonil KoA, yang merupan suatu turunan CO2 dan asetil KoA. Apabila satuan malonil CoA ditambahkan kepada suatu rantai asam lemak yang sedang tumbuh , maka CO2¬ dilepaskan. Ini membuat penambahan bersih suatu satuan dua karbon kepada rantai asam lemak . Pembentukan Malonil CoA Asetil CoA karboksilase, suatu enzim yang memerlukan biotin yang mengkatalisis penambahan suatu gugus karboksil kepada asetil KoA sehingga menghasilkan produk yang berupa malonil KoA yang merupaka precursor utama dalam sintesis asam lemak. Proses pembentukan malonil KoA dengan bantuan enzim aseti KoA karbosilase Pembentukan rantai asam lemak Reaksi dasar dalam pembentukan ikatan-ikatan karbon pada lipogenesis (sintesis asam lemak) dapat digambarkan sebagai berikut: Gugus asil lemak + Gugus malonil Rantai lebih panjang dengan enzim terikat dengan enzim terikat enzim terikat Reaksi yang menonjol pada sintesis asam lemak adalah bahwa senyawa antara asil dalam proses ini adalah senyawa tioester, bukan KoA separti yang terjasi pada asam lemak, tetapi merupakn protein dengan berat molekul yang lebih rendah yang disebut protein pembawa asil (ACP) yang mempuyai gugus SH-esensial. Gambar perbandingan gugus prostetik dari ACP dan coenzim A Protein pembawa asil Seperti yang terlihat pada gambar dibawah, ACP bekerja sebagai suatu alat pembawa yang mengankut rantai asil lemak, yang terikat pada gugus –SH ujung akhir dari tingakatan perpanjangan rantai asam lemak yang satu ke rantai berikutnya didalam asam lemak sintetase komples. Daya kerja ACP, mengahpuskan diperlukannya suatu difusi acak zat pereaksi dari satu unit didaam kompleks ke unit lainnya. Gugus prostetik dari ACP Protein pembawa asil merupan protein kecil yang mengandung suatu gugus asam pentotenat terikat secara kovalen pada sisa serin dari protein dengan perantaraan jembatan fosfat. Gugus –SH pada ujung akhir dari bagian asam pentatonat dari ACP , memebetuk sebuah ikatan tioester dengan gugus asetil, gugus malonil atau gugus asil lemak. O R─C─S Tahap-Tahap lipogenesis (sintesis asam lemak) 1. Permulaan lipogenesis. Sebelum memulai tahap yang sebenarnya yang terlibat didalam pembentukan asam lemak, kedua gugus sufhidril harus dimuati oleh asil yang benar. Ini terjadi dari dua tahap enzimatik. Yang pertam dikatalisis oleh ACP transferase. Dimana gugus asetil-S-KoA dipindahkan ke gugus sistein –SH pada sintetase. Asetil CoA + HS-ACP CoASH + asetil-S-ACP Pada reaksi yang kedua , gugus malonil pada malonil-S-KoA dipindahkan pada gugus fosfopantein sufhidril ACP, suatu gugus asetil pada gugus sistein-SH, dan satu gugus malonil pada gugus fosfopantetein. Gugus asetil dari asetil-S-ACP untuk sementara pindah kegugus –SH suatu sisa sistein, bearti membebaskan ACP untuk penambahan gugus malonil. 2. Penambahan setiap unit 2-karbon Pada pembahan setiap unit dua karbon tersebut memerlukan beberapa tahap yang harus dilalui, yaitu: a. Tahap kondensasi. Dalam tahap ini rantai asil lemak menjadi menjadi panjang dua karbon dengan perantaraan reaksi malonil-S-ACP dengan gugus asetil (atau asil lemak) terikat pada enzim pada tahap sebelumnya. Pada tahap pertama ini, gugus asetil dan gugus malonil yang berikata secara kovalen dengan gugus SH pada sintetase, mengalami reaksi kondensasi untuk membentuk suatu gugus asetoastil. Pada waktu yang bersamaa, dibebaskan molekul CO2. Reaksi ini dikatalis oleh 3-ketoasil-ACP sintetase b. Tahap reduksi pertama Molekul asetoasetat-S-ACP lalu mengalami reduksi pada gugus karbomil, dengan menggunakan NADPH sebagai pembawa elekron, untuk membentuk D-3-hidroksibutiril-S-ACP. Didalam reaksi ini dikatalis oleh 3-ketoasil-ACP-reduktase. c. Tahap Dehidrasi Pada tahap ketiga didalam intesis asam lemak, senyawa D-3-hidroksibutiril-S-ACP didehidrasi oleh 3-hidroksiasil ACP dehidratase untuk menghasilkan krotonil-S-ACP. Akhirnya reduksi dalam tahap ini menghasilkan gugus asil lemak, yang mengandung dualebih banyak dari pada yang memulai urutan tahapan ini. d. tahap penjenuhan/ reduksi kedua. pada tahap keempat ini, yang melengkapi satu putaran melalui kompleks sintetase asam lemak crotonyl-S-ACP direduksi atau dijenuhkan untuk membentuk butiril –S-ACP melalui aktifitas enoil-ACP reduktase. Disini, kembali NADH berperan sebagai pemberi elektron. Putaran satu biosntesis lemak berakhir pada tahap ini. Dan untuk melanjutkan atau memulai putran reaksi selanjutnya, dalam hal perpanjangan rantai dengan unit 2-karbon lainnya, gugus malonil selnjutnya dipindahkan dari malonil KoA kegugus fosfopantein –SH pada ACP. Gugus butiril lalu meninggalkan gugus SH-sis dan menggantikan CO2 dari gugus malonil pada ACP-SH. Saat ini telah terdapat gugus asil 6 karbon, yang berikantan secara kovalen. Gugus 3-ketonya direduksi pada tiga tahap selanjutnya pada siklus sintase untuk menghasilkan gugus asil 6-karbon jenuh, sama seperti pada putaran pertama pada reaksi ini Setelah melalui tujuh siklus seperti ini, dihasilkan palmomitoil –SH-ACP sebagai produk akhir. Proses perpanjangan ini berhenti pada karbon 16, dan asam palmitat bebas dilepaskan dari molekul ACP oleh aktifitas enzim hirolitik. METABOLISME PROTEIN Protein merupakan salah satu komponen penting yang ada dalam mikroba. Protein kadang –kadang diperkenalkan sebagai molekul makro pemberi keterangan karena urutan asam amino dari protein tertentu mencerminkan keterangan genetic yang terkandung dalam urutan basa dari bagian yang bersangkutan dalam DNA yang mengarahkan pada biosintesis protein. Metabolism nitrogen sering juga disebut dengan metaolisme senyawa nitrogen, kerana dalam protein terdapat unsure nitrogen yang menjadi tanda khusus dari protein ini. Metabolism nitrogen pada mikroorganisme dapat mencakup bagaimana organism tersebut dapat mengasimilasi maupun denitrifikasi terhadap nitrogen untuk digunakan dalam proses metabolism. Metabolism protein juga mencakup bagaimana proses katabolisme protein dan bagaimana prosses penyusunan (biosintesi) kembali dari protein tersebut. Catabolism dari protein dan asam amino Ingat bahwa protein adalah Polimer. Protein berukuran besar dan seperti lipids harus dihidrolisis menjadi potongan-potongan kecil sebelum diangkut ke dalam sel. Mikroba terutama bakteri extracellular enzymes disebut proteases yang mengubah protein menjadi monomer-monomernya yand disebut peptides. Sedangkan peptide-peptide tersebut dapat lagi diuraikan menjadi asam-asam amino. Ada berbagai proteases synthesized oleh sel dan masing-masing memiliki kekhususan yang berbeda. Yang digunakan dalam catabolism protein cenderung nonspecific dan menyerang atau menhidrolis berbagai ikatan peptide antara asam amino. Peptides dihasilkan melalui hidrolis oleh enzim terebut, kemudian dapat diangkut ke dalam sel, melalui membrane sel. Didalam sel tersebut peptide dapat diturunkan menjadi asam amino. Beberapa di antara asam amino yang secara struktural mirip dengan intermediates penting dalam siklus TCA metabolis dan jalur utama lainnya adalah bahwa hal sederhana untuk mengkonversikannya menjadi "pusat metabolites". Asam-asam amino yang tersebut dapat diubah menjadi energy melalui siklus TCA yang dapat menghasilkan energy. Tetapi fungsi utama dari protein tersebut bukanlah untuk memperoleh energy. Pada kebanyakan kasus ini melibatkan penghapusan yang gugus amino yang disebut deaminasi. Di bawah ini tercantum beberapa deaminatisi dan produk-produk yang dihasilkan dalam proses tersebut. Asam amino Reaksi Produk glutamate oxidative deamination 2-oxoglutarate aspartate oxidative deamination oxaloacetate alanine oxidative deamination pyruvate serine deamination pyruvate valine oxidative deamination 2-oxoisovalerate leucine oxidative deamination 2-oxoisocaproate Sedangkan 2-oxoglutarate, oxaloacetate dan pyruvate adalah pusat metabolites dan dapat dengan mudah metabolized dalam TCA. 2-oxoisovalerate dan 2-oxoisocaproate dan tidak harus ditangani oleh catabolic jalur khusus. Jalan setapak ini akhirnya mengarah ke glycolysis atau siklus TCA. Spesifikasi catabolic produk yang dihasilkan tergantung pada asam amino. Perlu diperhatikan adalah untuk memahami pola dimana protein akan dihidrolis menjadi asam amino. Asam amino yang telah dihidrolis tersebut, oleh berbagai jalur dapat masuk ke dalam siklus TCA untuk menghasilkan energi. Gambaran umum katabolisme dari protein dan asam amino. Katabolisme Asam Amino Pengahapusan gugus –NH2 sering merupakan langkah pertama dalam katabolisme suatu asam amino. Ini terutama terjasi dengan salah satu proses: ─ Transaminasi ─ Deaminasi oksidatif. 1. Transaminase Transaminasi dikatalisasi oleh enzim yang memerlukan piridoksal fosfat sebagai enzim. Transaminasi terlibat dari asam-asam amino berikut: alanin, arginin, asparagin, asam aspartat, sistein, isoleusin, lisin, fenialanin, triptofan,tirosin, dan valin. Ada dua jenis besar dari transaminase yaitu alanin transaminase, dan transaminase glutamate. Glutamate transaminase Alanin transaminasi Ada beberapa transaminase glutamate yang spesifik bagi berbagai macam-macam asam amino, termasuk satu yang spesifik untuk L-alanin. Transaminase mempunyai akibat total untuk mengumpulkan dari berbeda-beda asam amino pada glutamate, yang merupakan suatu sumber nitrogen baik biosintesa.perhatikan juga bahwa piruvat dan αketoglutarat keduanya merupakan metabolic kunci dalam tata kerja transaminase, dan dengan demikian bertindak sebagai penghubung penting antara asam amino dan metabolism karbohidrat. 2. Deaminasi oksidatif. Pada diaminse oksidatif, gugus amino suatu asam amino dioksidasi menjadi suatu fungsi imin yang kemudian terhidrolisa menjadi gugus fungsional keton. Jalan oksidatif utama adalah reaksi yang dikaalisasikan oleh L-glutamat dehidrigenase meskipun asam-asam amino oksidase dan dehidrogenase lain hadir pada metabolism. Reaksi yang dikatalisasikan oleh glutamate dehidrogenase merupan hubungan vital yang lain antara asam amino dan metabolism karbohidrat dan sekali lagi mengambarkan peranan pusat dari glutamate pada metabolism nitrogen. Enzim ini alosterik dan dapat terhalangi oleh ATP, GTP, dan NADH, serta teraktifkan oleh ADP, asam-asam amino tertentu. Enzim itu dapat menggunakan baik NAD+ maupun NADP+ sebagai koenzim. Ada beberapa macam deaminasi oksidatif yaitu: 1. - L asam amino oxidase ─ Merupakan deaminasi oksidatif yang memerlukan FMN sebagai coenzyme. ─ Deaminates kebanyakan terjadi secara alami dari L-asam amino 2. -D amino acid oxidase ─ D- asam amino yang ada pada tumbuhan dan dinding sel bakteri. ─ Tidak digunakan protein biosynthesis pada manusia dan binatang. ─ D-Amino acid adalah deaminasi oleh D-Amino acid oxidase yang menghasilkan amoniak dan asam keto keto. ─ Memerlukan FAD sebagai coenzyme. 3. Glutamate dehydrogenase Memerlukan NAD sebagai koenzim Asimilasi nitrogen Nitrogen diperlukan terutama untuk sintesis dari asam amino dan nucleotides. Sumber nitrogen dapat diperoleh dari organik dan anorganik sebagai sumberya, namun secara keseluruhan tujuan yang paling penting adalah memindahkannya ke dalam sel mikroba dan kemudian mengkonversinya ke amonia dan asam amino. Mikroorganisme memiliki peranan sentral di hampir semua aspek ketersediaan nitrogen, sehingga dapat mendukung kehidupan di bumi: ─ beberapa bakteri dapat dikonversi N 2 menjadi amonia diistilahkan oleh proses fiksasi nitrogen, bakteri ini adalah salah satu hidup bebas atau bentuk asosiasi simbiotik dengan tanaman atau organisme lainnya bakteri lainnya menyebabkan transformasi dari ammonia ke nitrat, dan nitrat ke N 2 atau gas nitrogen ─ banyak bakteri dan jamur organik menurunkan masalah, tetap nitrogen untuk melepaskannya kembali oleh organisme lainnya Siklus nitrogen gambar di bawah ini menunjukkan ikhtisar dari siklus nitrogen di tanah air atau lingkungan. Setiap saat, besar proporsi dari total nitrogen tetap akan terkunci di dalam biomas atau sisa-sisa organism. Jadi, satu-satunya nitrogen tersedia untuk mendukung pertumbuhan dan biosintesis, akan diberikan oleh fiksasi nitrogen dari atmosfer (6 jalan dalam gambar) atau oleh pelepasan sederhana atau ammonium nitrogen organik campuran melalui dekomposisi organik (jalan 2) . Sebagian lainnya dalam tahap ini adalah siklus yang dtengahi khusus oleh kelompok microorganisme dan dijelaskan di bawah ini. 1. Nitrifikasi Nitrifikasi merujuk kepada konversi ke ammonium ke nitrat (jalan 3-4). Hal ini yang bantu oleh nitrifying bakteri yang khusus untuk mendapatkan energi mereka oleh oksidasi ammonium, sedangkan dengan menggunakan CO 2 sebagai sumber karbon sintesis bahan organik. Pada prinsipnya yang oksidasi dari ammonium oleh bakteri ini tidak berbeda dengan cara di mana manusia mendapatkan energi oleh oksidasi Gula. Mereka menggunakan CO 2 untuk menghasilkan bahan. Nitrifying bakteri yang ditemukan di sebagian besar tanah dan air, namun tidak aktif dalam tanah sangat asam. Contoh dari nitrifying adalah Nitrosomonas yang merupakan spesies - yang khusus mengkonversi ammonium menjadi nitrit (NO 2 -), sedangkan yang lain - misalnya Nitrobacter spesies, mengkoversi nitrit menjadi nitrat (NO 3 -- ) • Nitrifying Bacteria Bakteri ini menghasilkan energi oleh oksidasi dan mengurangi bentuk nitrogen ke NO 2 atau NO3. Nitrosomonas oxidizes amonia pada reaksi ... NH 3 + 1 ¬¬1/2 O 2 HNO 2 + H 2 O Gambar pengurangan amonia oleh bakteri nitrifying Pada oksidasi electron oleh bakteri Nitrifying electron hasil oksidasi, disumbangkan langsung ke ETS dan tidak ada operator yang terlibat. Hasinya electron yang dihasilkan tersebut masuk ke dalam ETS. Pada ETS, proton yang telah terbentuk tersebut yang kemudian mempersatukan ATP dengan menggunakan ATP sintetase. Gambar – produksi energi Nitrosomonas. Hanya dua enzymes, amonia monooxygenase (AMO) dan hydroxylamine oxidoreductase (Hao) yang terlibat dalam oksidasi dari ammonia ke nitrite. Nitrite dapat bertindak lebih lanjut di lain nitrifying bakteri, Nitrobacter. Mikroba ini mengoksidasi nitrite ke nitrat menggunakan oksigen sebagai terminal penerima electron. Nitrobacter sering ditemukan bersama-sama dengan Nitrosomonas kerana produk akhir dari dari metabolismenya. Produk akhir dari metabolisme Nitrosomonas adalah energi substrat untuk Nitrobacter. Jenis asosiasi ini mungkin umum di lingkungan dan dalam hal ini menguntungkan baik organisme. Nitrobacter disediakan dengan substrat dan Nitrosomonas memiliki produk akhir dihilangkan, yaitu berupa nitrogen yang membantu metabolisme drive-nya. 2. Denitrification Denitrification merujuk kepada proses dikonversinya ke nitrat adalah gas penyusunannya yaitu nitrogen (berhubung dgn sendawa oksida, nitro dan N 2) oleh mikroorganisme. Jika nitrat mengalami denitrification akan mengurangi gas nitrogen, sehingga nitrogen tersebut terlepas ke atmosfer. Urutan biasanya melibatkan produksi nitrite (NO 2 -) sebagai intermediate langkah ini akan ditampilkan sebagai "5" dalam diagram di atas. Beberapa jenis bakteri ketika melakukan konversi ini berkembang pada organik dalam hal kondisi anaerobic. Karena kurangnya oksigen untuk respirasi aerobik biasa, mereka menggunakan nitrat di tempat oksigen sebagai terminal electron penerimanya. Ini adalah istilah anaerobic respirasi dan dapat digambarkan sebagai berikut: Karena ketiadaan oksigen, setiap substansi diturunkan seperti nitrat (NO 3 -) dapat memiliki peran yang sama dan akan dikurangi menjadi nitrit, berhubung dgn sendawa oksida, nitro atau N 2. Contoh dari denitrifying bakteri termasuk beberapa jenis Pseudomonas, dan Bacillus Alkaligenes Fiksasi nitrogen Nitrat dalam lingkungan alam relatif langka. Mikroba mampu menggunakan sumber nitrogen alternative dan memiliki beberapa keuntungan. Sekumpulan mikroba mampu mendapatkan nitrogen yang mereka butuhkan dari gas nitrogen. Gas nitrogen banyak tersedia dialambebas shingga mudah untuk diperoleh. Molekul nitrogen yang stabil tidak reaktif. Proses fiksasi gas nitrogen, merupan proses yang sangat memerlukan banyak energy. Gas nitrogen yang memiliki dua atom N dan untuk pengurangan molukul N ke amonia merupakan proses energi mahal. Banyaknya jumlah ATP, proton elektron dan diminta untuk mengurangi salah satu dari molekul gas nitrogen. Proses ini dibantu oleh nitrogenase N 2 + 8H + + 8e - + 16ATP 2 NH 3 + H 2 + 16ADP i + 16P Gambar pengurangan gas nitrogen untuk amonia oleh nitrogenase. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini disebut nitrogenase dan dibuat dari dua komponen protein, dinitrogenase reductase dan dinitrogenase. Dinitrogenase reductase mempersiapkan dan donor dua potensi tinggi elektron pada suatu waktu ke dinitrogenase. Berisi sebuah Fe-S pusat yang memegang elektron sebelum sumbangan. Dinitrogenase sebenarnya yang mengkatalisi pengurangan N 2. Mekanisme pengurangan yang tidak diketahui, tetapi pemikiran untuk melibatkan tiga 2e - transfer ke nitrogen. Pembentukan gas hidrogen selalu mendampingi pembentukan amonia oleh dinitrogenase dan merupakan proses boros Bakteri merupan prokariotik yang satu-satunya dapat memfiksasi nitrogen.Beberapa dari mereka hidup mandiri dari organisme lainnya - yang disebut nitrogen-fixing bacteria yang hidup bebas Lain tinggal di intim simbiotik dengan tanaman atau asosiasi dengan organisme lain (misalnya protozoa). Contoh yang akan ditampilkan dalam tabel di bawah ini. Contoh nitrogen-fixing bacteria (* menandakan sebuah bakteri photosynthetic) Hidup bebas Simbiotik dengan tanaman Aerobik Anaerobic (lihat Winogradsky kolom untuk informasi lebih lanjut) Kacang Tanaman lain Azotobacter Beijerinckia Klebsiella (ada) Cyanobacteria (beberapa) * Clostridium (beberapa) Desulfovibrio Bakteri belerang ungu * Ungu non belerang bakteri * Bakteri belerang hijau * Rhizobium Frankia Azospirillum Fiksasi nitrogen simbiotik Yang paling umum dari contoh nitrogen-fixing symbioses adalah akar dari kacang Mewah di root nodules tinggi pengerasan, menampilkan dua sebagian digerus nodules (arrowheads) dengan isi berwarna pink. Warna ini disebabkan oleh adanya pigmen yang leghaemoglobin - metabolite yang unik dari jenis simbiosis. Leghaemoglobin ditemukan hanya dalam nodules dan tidak diproduksi oleh bakteri baik atau ketika tanaman tumbuh sendiri. Dalam asosiasi ini leguminous bakteri biasanya adalah spesies Rhizobium, tetapi root nodules dari kedelai, dan beberapa lainnya chickpea kacang kecil yang dibentuk olehcelled rhizobia diistilahkan Bradyrhizobium. Nodules pada beberapa leguminous tanaman tropis yang belum dibentuk oleh genera lainnya. Dalam semua kasus bakteri "menyerbu" tanaman dan menyebabkan pembentukan sebuah bintil oleh inducing setempat proliferasi dari tanaman host sel. Namun bakteri tetap dipisahkan dari host yang ditutupi oleh cytoplasm dalam selaput - fitur yang diperlukan dalam symbioses (lihat gambar di bawah). Nodules di tempat-nitrogen fiksasi ini terjadi, sel-sel tanaman berisi oksigen scavenging-molekul, leghaemoglobin (melayani fungsi yang sama seperti yang membawa oksigen-hemoglobin dalam darah). Fungsi ini molekul dalam nodules adalah untuk mengurangi jumlah oksigen bebas, dan dengan demikian untuk melindungi nitrogen-fixing nitrogenase enzim yang irreversibly inactivated oleh oksigen. BIOSINTESIS PROTEIN Sintesis dan / atau kumpulan asam amino ini penting untuk kelangsungan hidup sel. Mereka tidak hanya berfungsi sebagai blok bangunan untuk protein, tetapi juga sebagai tahap awal untuk sintesis dari banyak sel molekul penting termasuk vitamin dan nucleotides. Dalam kebanyakan kasus, bakteri memilih menggunakan asam amino di lingkungan mereka daripada membuat dari awal. Memerlukan waktu yang cukup besar jumlah energi untuk membuat enzymes untuk jalan serta energi yang diperlukan untuk mengarahkan beberapa reaksi dari asam amino biosynthesis. Gen yang pada kode untuk sintesis asam amino enzymes dan enzymes sendiri berada di bawah pengawasan ketat dan hanya dihidupkan ketika mereka diperlukan. Sintesis asam amino yang jalur dapat dikelompokkan menjadi beberapa unit logis. Unit ini secara umum mencerminkan mekanisme atau penggunaan umum enzymes yang mempersatukan lebih dari satu asam amino. Kategori ini adalah: reaksi sederhana, rantai cabang asam amino, asam amino aromatik, threonine / lysine, serine / glycine, dan jalur unik. Yang aromatik asam amino, threonine / lysine dan serine / glycine jalur umum memiliki awal dan kemudian bercabang untuk membentuk asam amino yang menarik. Perhatikan bahwa setiap jalan dimulai dengan pusat metabolite atau yang berasal dari "pusat metabolisme". Sintesis asam amino Reaksi sederhana glutamine, glutamate, aspartate, asparagine dan alanine Pada kebanyakan kasus ini amino acid dapat mempersatukan oleh satu langkah reaksi dari pusat metabolites. Mereka sederhana dalam struktur dan sintesis juga lurus ke depan. Glutamate dapat disintesis oleh penambahan amonia ke-ketoglutarate Sintesis dari glutamate Glutamine dibuat oleh penambahan molekul lain amonia ke glutamate. Sintesis dari glutamine Sisa reaksi sederhana yang melibatkan transfer amino group (transamination) dari glutamate atau glutamine ke pusat metabolite untuk membuat asam amino yang diperlukan. Aspartate adalah mempersatukan oleh transfer dari amonia dari grup glutamate ke oxaloacetate. Sintesis dari aspartate. Asparagine dilakukan baik oleh transamination dari glutamine atau dengan menambahkan amonia langsung ke aspartate. atau Formasi yang asparagine. Perhatikan penggunaan AMP bukan ADP dalam reaksi ini. pembebasan ini energi yang diperlukan untuk mendorong sintesis. Ada beberapa jalur dan kemungkinan besar adalah pembentukan alanine oleh transamination dari glutamate ke pyruvate. Jtransamination menggunakan valine bukan glutamate juga mungkin.
