metabolisme mikrobial

METABOLISME MIKROBIAL
OLEH:
F IRM AN JAYA
1. Metabolisme Aerobik dan Anaerobik
Proses metabolisme:
a. Katabolisme: reaksi eksergonik (Penguraian Senyawa
energi). Contoh: respirasi
Karbohidrat
asam piruvat, energi.
b. Anabolisme: reaksi endergonik (Pembentukan
Senyawa + energi). Contoh: fotosintesis.
Metabolit: reaksi metabolisme
suatu senyawa.
Mikroorganisme melakukan:
- proses metabolisme (nutrisi, respirasi dan sintesis).
- Pelestarian diri (melindungi diri, reproduksi, adaptasi)
Kebutuhan terhadap sumber oksigen, metabolisme:
a. Aerobik: mikroba menggunakan O2 bebas sebagai
aseptor tunggal hidrogen terakhir dalam
proses respirasi.
b. Anaerobik: mikroba tidak menggunakan O2 bebas,
tetapi senyawa kimia seperti nitrat.
c. Fakultatif-aerobik/anaerobik: secara terbatas hidup
dalam kondisi aerobik atau anaerobik.
d. Mikroaerofilik: menggunakan sedikit oksigen.
e. Kapnofilik: menggunakan sedikit oksigen dan banyak
CO2.
2. Nutrien Mikroba
Pertumbuhan mikroba: pertambahan jumlah sel dan jumlah
organisme.
Contoh: kultur bakteri: pertambahan komponen dalam sel
hidup
Umur sel: setelah proses pembelahan sel selesai.
Umur kultur: waktu atau lama inkubasi (ct: 24, 48 jam).
Kenyataan: proses metabolisme dipengaruhi oleh faktor
lingkungan dan nutrien.
Contoh: jika satu sel bakteri L. bulgaricus
Waktu generasi = 15 menit
1 sel bakteri membelah diri = 2 sel dalam waktu 15 menit
Sel bakteri ini diinkubasi selama 48 jam.
Pembelahan sel: 48 x 60 = 192 generasi
15
Jumlah sel bakteri setelah 48 jam = 2192 sel.
Sumber nutrien
tersedia
Pertumbuhan sel
cepat
SUMBER NUTRIEN
Ukuran sel
besar
kehidupan, pertumbuhan
mikroba
Nutrisi: penyerapan bahan ke dalam sel untuk proses
metabolisme:
a. Katabolisme/dissimilasi/bioenergi: nutrien sebagai
sumber energi (penerima elektron). Ex: oksigen, KNO3.
Energi yang dihasilkan: energi kimia (respirasi).
Fungsi: pembentukan spora, pergerakan, biosintesis dan
perkembangbiakan .
b. Anabolisme/assimilasi/biosintesis: nutrien sebagai bahan
baku (utama), memerlukan energi (fotosintesis).
Contoh:
- BAL: medium yang mengandung laktosa.
- Mycoplasma sp: sterol (vitamin D) dari tumbuhan.
Nutrisi
biokatalisator
proses
(bioenergi + biosintesis)
(enzim)
metabolisme
Fungsi nutrien untuk pertumbuhan bakteri:
a. Sumber karbon seperti hidrat arang, asam organik,
garam
organik, polialkohol.
b. Sumber nitrogen seperti amonium, nitrat, asam amino,
protein.
c. Sumber energi seperti senyawa organik, anorganik dan
cahaya matahari.
d. Faktor pertumbuhan seperti mineral, vitamin.
3. Pengaturan Metabolisme
Setiap sel mikroba: mengadakan pertukaran zat dengan
lingkungannya:
- Mengambil zat-zat tertentu dari lingkungan
- Mengembalikan zat-zat tertentu ke dalam lingkungan.
Disebut: PROSES METABOLISME.
Proses metabolisme membutuhkan enzim dan ATP.
Enzim: katalisator organik (biokatalisator), dihasilkan
oleh sel bakteri.
Fungsi: mempercepat reaksi kimia, tidak mengalami
perubahan jumlah (jumlah enzim sebelum dan
setelah reaksi adalah tetap.
Nutrien masuk ke dalam sel mikroba melalui:
a. Difusi pasif: konsentrasi gradien (tinggi ke rendah).
Contoh: air keluar masuk sel secara bebas, difusi ADP ke
dalam dan difusi ATP keluar dari mitokondria atau
transpor glukosa dalam sel darah merah.
b. Difusi yang dipercepat: konsentrasi tinggi ke rendah,
kecepatan lebih tinggi dari difusi pasif DENGAN
DIBANTU ENZIM (permease).
Contoh: gula masuk ke dalam sel eukariotik (fungi, alga)
gliserol masuk ke dalam sel prokariotik (bakteri).
c. Transport aktif: konsentrasi rendah ke tinggi dengan
bantuan enzim permease dan energi.
Contoh: sel E.coli: laktosa + enzim beta-galaktosida
permease, dimana afinitas permease terhadap laktosa
dalam sel lebih rendah daripada di luar sel.
d. Translokasi: komponen masuk ke dalam sel + energi,
diubah menjadi komponen bentuk lain, tidak dapat ke
luar membran (impermeable).
4. Faktor yang Mempengaruhi Metabolisme
Aktivitas metabolisme mikroba dipengaruhi faktor
lingkungan.
Perubahan lingkungan: perubahan sifat morfologi
dan fisiologi sel mikroba.
Perubahan faktor lingkungan: adaptasi sel mikroba
Faktor lingkungan:
- Abiotik (fisika dan kimia)
- Biotik
a. FAKTOR ABIOTIK:
- Suhu:
* Suhu minimum: suhu terendah, mikroba masih
dapat hidup.
* Suhu optimum: suhu paling baik untuk hidup.
* Suhu maksimum: suhu tertinggi kehidupan mikroba
Mikroba psikrofil: tumbuh pada suhu 0-300C, suhu
optimum 150C.
Mikroba mesofil: minimum 150C, optimum 25- 370C
dan maksimum 45-550C.
Mikroba termofil: optimum 55-600C, maks 750C
Contoh:
- Bakteri psikofil: bakteri yang hidup di laut (fototrof)
dan bakteri besi (Gallionella)
Vibrio marinus: optimum 15-16 0C, diatas 30 oC
aktivitas metabolisme berhenti dalam 1.5 jam.
- Bakteri mesofil: Agrobacterium luteum: 25 oC
- Bakteri termofil: Bacillus, Clostridium, bakteri
pereduksi sulfat/sulfur.
Sulfolobus acidocaldarius: suhu 65-95 oC.
V. Marinus
A.luteum
S. acidocaldarius
Jika suhu suhu tinggi menyebabkan perubahan
enzim (denaturasi):
- Titik kematian thermal: suhu mematikan spesies
mikroba dalam waktu 10 menit, kondisi tertentu.
- Waktu kematian thermal: waktu yang
diperlukan membunuh suatu spesies
mikroba pada suatu suhu yang tetap.
Dipengaruhi:
- Waktu
- Suhu
- Kelembaban
- Spora
- Umur mikroba
- pH
- Komposisi medium.
Waktu kematian thermal ( TDT/ thermal death time):
Jika suhu dibawah minimum: kerja enzim akan
terhenti, terjadi gangguan metabolisme:
* Cold shock : penurunan suhu tiba-tiba, kematian
bakteri (bakteri muda atau fase logaritmik).
* Freezing: rusaknya sel dengan terbentuknya kristal
es di dalam air intraseluler
* Lyofilisasi: proses pendinginan dibawah titik beku
dalam keadaan vakum secara bertingkat.
Fungsi: mengawetkan mikroba, air protoplasma
langsung diuapkan tanpa melalui fase cair
(sublimasi).
- pH
Mikroba tumbuh pada pH: 3-6, maksimum 6.5-7.5
pH < 5 dan > 8.5, maka bakteri tidak tumbuh, kecuali
bakteri asam asetat (Acetobacter suboxydans).
Mikroba asidofil: hidup pada pH 2,0-5,0.
Contoh: Lactobacilli, Acetobacter, Sarcina ventriculi
dan jamur.
Mikroba mesofil (neutrofil): hidup pada pH 5,5-8,0.
Contoh: bakteri Pseudomonas aeruginosa, E, coli,
Clostridium sp, Nitrosomonas.
Mikroba alkalifil: hidup pada pH 8,4-9,5.
Contoh: bakteri nitrat, rhizobia, actinomycetes dan
bakteri pengguna urea.
A. Suboxydans
Lactobacilli
Actinomycetes
- Kandungan air (aw=water activity): kelembaban relatif
Mikroba: tumbuh pada aw 0,998-0,6.
Bakteri: tumbuh pada aw 0,90-0,999 (> 0,98).
Mikroba osmotoleran: hidup pada aw terendah(0,6)
seperti: khamir Saccharomyces rouxii. Aspergillus
glaucus tumbuh pada aw 0,8 membentuk
spora, konidia atau kista.
A. glaucus
S. rouxii
- Salinitas
* Mikroba osmofil: kadar gula tinggi (Escherichia)
Contoh: >65 % wt/wt (aw =0,94).
* Mikroba halofil: kadar garam halogen 2,5-4%, ratarata 3,5%.
Contoh: bakteri Archaebacterium (Halobacterium).
* Mikroba halodurik: kadar garam tinggi 30 %.
Contoh: E. coli, Bacillus sp
Escherichia
Archaebacterium Bacillus
b. Faktor biotik
- Interaksi mikroba
* Interaksi dalam satu populasi mikroba:
Positif (kooperasi): peningkatan kecepatan suatu
pertumbuhan, kepadatan populasi.
Contoh: pertumbuhan satu sel mikroba menjadi koloni atau
fase lag (fase adaptasi).
Negatif (kompetisi): penurunan kecepatan pertumbuhan
dengan meningkatnya kepadatan populasi.
Contoh: populasi mikroba dalam substrat terbatas, produk
metabolik yang beracun (jamur Fusarium dan
Verticillium pada tanah sawah, menghasilkan asam
lemak dan H2S.
* Interaksi antar berbagai macam populasi mikroba
Interaksi: pengaruh positif, negatif, atau tidak ada
pengaruh antar populasi mikroba.