6.bioenergetika - ukmifabiopeduli

6. BIOENERGITIKA MIKROORGANISME
METABOLISME : ENERGI DAN ENZIM
1. Energi dan Kerja
a. Energy kemampuan untuk melakukan kerja
b. Sel hidup melakukan 3 tipe utama kerja
i.
Kerja Kimia—mensintesis molekul kompleks
ii.
Kerja transport pengambilan nutrien, eliminasi sisa, keseimbangan ion
iii.
Kerja Mekanik internal dan perpindahan eksternal
c. Pada ekosistem, photoautotrophs dan chemolithoautotrophs menangkap energi dan
menggunakan beberapa untuk transformasi karbondioksida menjadi molekul-molekul organik;
molekul organik kemudian menyediakan sumber karbon dan energi untuk chemoheterotrophs,
yang mengubah oksidasi molekul organik melalui proses seperti respirasi aerob, melepaskan
karbondioksida
d. Sumber energi utama pada sel hidup adalah adenosine-5'-triphosphate (ATP)
2. Hukum termodinamika
a. Ilmu analisis perubahan energi termodinamika pada pengumpulan materi disebut sistem; semua
materi lain di alam disebut lingkungan sekeliling
b. Hukum pertama, energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan
i.
Total energi di alam cenderung konstan
ii.
Energi dapat diredistribusikan baik itu dalam sistem atau antara sistem dan lingkungan
sekelilingnya
iii.
Energi diukur dalam kalori dimana 1 kalori adalah sejumlah energi panas yang
dibutuhkan untuk meningkatkan suhu 1 gram air dari 14.5°C hingga 15.5°C
c. Hukum kedua, proses fisika dan kimia berlangsung dalam beberapa cara dimana kesalahan
dalam peningkatan alam semesta hingga kemungkinan maksimum
3. Energi bebas dan reaksi
a. Perubahan energi yang dapat terjadi pada reaksi kimia diekpresikan dalam persamaan untuk
perubahan energi (G = H – T/S); perubahan energi bebas (G) adalah sejumlah energi pada
sistem yang tersedia untuk melakukan kerja
b. Perubahan energi bebas pada reaksi kimia secara langsung berhubungan dengan keseimbangan
konstan reaksi
i.
Standar perubahan energi bebas (G0´) adalah perubahan dalam energi bebas dibawah
kondisi standar konsentrasi, pH, tekanan, dan temperatur
ii.
Ketika G0´ negatif, keseimbangan konstan lebih besar daripada satu dan reaksi
berlangsung ke penyelesaian seperti yang tertulis; reaksi dikatakan exergonic
iii.
Ketika G0´ positif, keseimbangan konstan kurang dari satu dan sedikit produk
dibentuk pada saat seimbang; reaksi dikatakan endergonic
4. Peran ATP pada Metabolisme
a. ATP adalah molekul berenergi tinggi; penyingkiran fosfat terminal melalui hidrolisis
berlangsung hampir selesai denga perubahan besar energi bebas standar negatif (yaitu, reaksi
sangat exergonic); ATP juga memiliki potensi transfer grup fosfat tinggi
b. Karakteristik tersebut membuat ATP sesuai dalam peranannya sebagai sumber energi; ATP
dibentuk dari ADP dan Pi melalui proses penangkapan energi; exergonic memecahkan ATP
dipasangkan dengan macam-macam reaksi endergonik untuk memfasilitasi penyelesaian mereka
5. Reaksi Oksidasi-Reduksi dan Pembawa Elektron
a. Pelepasan energi selama proses metabolik berlangsung secara normal melibatkan reaksi oksidasi
dan reduksi
i.
Reaksi Oxidasi-reduksi (redox) melibatkan transfer elektron dari donor (agen pereduksi
atau reductant) ke akseptor (agen pengoksidasi atau oxidant)
ii.
Keseimbangan konstan untuk reaksi oksidasi-reduksi disebut Standar potensial reduksi
(E0) dan mengukur kecenderungan agen pereduksi untuk kehilangan elektron; potensial
reduksi lebih negatif, agen pereduksi yang lebih baik adalah sebagai donor elektron
b. Ketika elektron ditransfer dari donor elektron ke akseptor elektron dengan potensial reduksi
lebih positif, energi bebas dilepaskan dan dapat digunakan dari ATP
c. Transport Electron penting dalam berbagai proses metabolik (seperti, respirasi dan
photosynthesis); sel-sel menggunakan bermacam-macam pemabwa elektron yang diorganisasi
dalam rantai untuk memindahkan elektron; pembawa electron membawa antara lain NAD+,
NADP+, flavoproteins, coenzymes, dan cytochromes; pembewa tersebut berbeda dalam hal
bagaimana mereka membawa elektron, dan ini berpengaruh kuat dengan bagaimana mereka
berfungsi pada rantai transport elektron
6. Enzim
a. Struktur dan klasifikasi enzim
i.
Enzim adalah protein katalis yang sangat spesifik untuk reaksi terkatalisis dan molekul
dalam bereaksi
 Katalis adalah substansi yang meningkatkan kecepatan reaksi tanpa perubahan
secara permanen
 Molekul yang bereaksi disebut substrat dan substansi yang dibentuk adalah
produk
ii.
Enzim dapat hanya mengandung protein atau dapat berupa holoenzyme, terdiri dari
komponen protein (apoenzyme) dan komponen nonprotein (cofactor)
 Kofaktor Grup Prosthetic yang benar-benar diserang apoenzim
 Kofaktor Coenzyme yang sedikit diserang apoenzim; ini mungkin memisahkan
dari apoenzim dan membawa satu atau lebih produk reaksi ke enzim lain
b. Mekanisme reaksi enzim
i.
Enzim meningkatkan kecepatan reaksi, namun tidak merubah keseimbangan konstan
ii.
Enzim menurunkan energi aktivasi yang dibutuhkan untuk membawa bersama molekul
tereaksi dengan benar untuk membentuk komplek keadaan transisi; ketika keadaan
transisi telah dicapai reaksi berlangsung secara cepat
iii.
Enzim membawa bersama substrat pada sisi aktif untuk membentuk komplek substrat
enzim; hal ini dapat menurunkan energi aktivasi dalam beberapa cara:
 Konsentrasi lokal substrat ditingkatkan pada sisi aktif (catalytic) enzim
 Molekul pada sisi aktif diorientasikan secara benar supaya reaksi dapat terjadi
c. Pengaruh lingkungan terhadap aktivitas enzim
i.
Adanya Sejumlah substrat dapat mempengaruhi kecepatan reaksi, dimana peningkatan
seperti peningkatan konsentrasi substrat hingga semua molekul enzim dapat mengikat
substrat dan mengubahnya menjadi produk secepat mungkin
 Tidak ada peningkatan kecepatan yang akan terjadi dengan peningkatan
subsekuen pada konsentrasi substrat, dan reaksi tersebut berlangsung pada
kecepatan maksimal (Vmax)
 Konstanta The Michaelis (Km) dari enzim adalah konsentrasi substrat yang
dibutuhkan untuk reaksi mencapai setengah kecepatan maksimal dan
digunakan seperti mengukur afinitas lawan dari enzim untuk substrat tersebut
ii.
Aktivitias Enzim dipengaruhi oleh perubahan pH dan temperatur; setiap enzim
memiliki pH and temperature optimum spesifik; keadaan ekstrim pH, temperature, dan
faktor lain dapat menyebabkan denaturasi (kehilangan aktivitas berhubungan dengan
gangguan struktur)
d. Penghambatan Enzim
i.
Penghambatan kompetitif terjadi ketika inhibitor mengikat sisi aktif dan biasanya
bersaing dengan substrat (jika inhibitor mengikat, kemudian substrat tidak dapat, dan
reaksi tidak terjadi); tipe penghambatan ini dapat diatasi dengan penambahan substrat
berlebihan
ii.
Penghambatan Noncompetitive terjadi ketika inhibitor mengikat enzim pada beberapa
lokasi selain pada sisi aktif dan merubah bentuk enzim sehingga ini tidak aktif atau
kurang aktif; tipe penghambatan ini tidak dapat diatasi dengan penambahan substrat
berlebihan
7. Alamiah dan Signifikan Regulasi Metabolik
a. Regulasi penting bagi microorganisme untuk pemenuhan energi dan materi dan untuk mengatur
keseimbangan metabolik meskipun sering berubah pada lingkungan mereka
b. Proses metabolik dapat diregulasi menjadi tiga cara utama:
i.
Saluran Metabolik melokalisasi metabolit dan enzim pada bagian berbeda di sel
ii.
Stimulus atau penghambatan enzim pada jalur
iii.
Peningkatan atau penurunan jumlah molekul enzim yang ada (regulasi ekspresi gen)
8. Penyaluran Metabolik
a. Cara pembagian ruangan adalah mekanisme biasa pada penyaluran metabolik; enzim dan
metabolit didistribusikan pada struktur sel atau organel terpisah
b. Penyaluran dapat menghasilkan variasi tertanda pada konsentrasi metabolit dan oleh karena itu
secara langsung mempengaruhi aktivitas enzim
9. Kontrol aktivitas Enzim
a. Regulasi Allosteric dari aktivitas enzim oleh efektor atau modulator, yang mengikat dapat balik
dan tidak kovalen pada sisi regulator enzim; sisi regulator berbeda dengan sisi katalitik
b. Modifikasi kovalent dari regulasi enzim aktivitas enzim oleh penambahan kovalen atau
pemindahan grup kimia (seperti, phosphate, grup methyl, asam adenylic)
c. Penghambatan Balik
i.
Setiap jalur memiliki sedikitnya enzim pacemaker yang mengkatalisis terlambat
(terbatasnya kecepatan) reaksi pada jalur; seringkali ini sebagai reaksi pertama pada
jalur
ii.
Pada penghambatan balik (penghambatan produk akhir), produk akhir dari jalur
menghambat enzim pacemaker
iii.
Pada jalur bercabang, keseimbangan antara produk akhir diatur melalui penggunaan
enzim regulator pada titik cabang; jalur bercabang multipel seringkali menggunakan
isoenzim, masing-masing dibawah kontrol terpisah dan bebas
METABOLISME : PEMBENTUKAN ENERGI
1.
2.
Ringkasan Metabolisme
a. Metabolisme (semua reaksi kimia yang terjadi di dalam sel) dapat dibagi menjadi dua bagian
utama: katabolisme dan anabolisme
i.
Katabolisme-pemecahan molekul besar dan komplek menjadi molekul yang lebih kecil
serta sederhana, selama proses ini energi dilepaskan, dijebak, dan dapat digunakan
untuk melakukan kerja
ii.
Anabolisme-sintesis molekul komplek dari yang sederhana dan selama proses ini energi
ditambahkan sebagai input
iii.
Chemolithotrophy dan fotosintesis termasuk sebagai proses penghasilan energi
katabolik, meskipun mereka tidak melibatkan degradasi molekul komplek
b. Mikroorganisme khemotrophic tidak hanya bervariasi dalam sumber energi mereka namun juga
akseptor elektron mereka
i.
Jika sumber energi dioksidasi dan didegradasi tanpa menggunakan akseptor elektron
eksogen, proses disebut fermentasi
ii.
Jika sumber energi dioksidasi dan didegradasi menggunakan akseptor elektron eksogen,
proses disebut respirasi; pada respirasi aerob akseptor elektron terakhir adalah oksigen,
sedangkan pada respirasi anaerob akseptor elektron adalah molekul lain selain oksigen
c. Untuk organisme chemoorganoheterotrophic, katabolisme seringkali proses tiga tahap selama
nutrien memasuki jalur degradasi; biasanya jalur fungsi secara katabolik dan anabolik
dinamakan ampibolik
Pemecahan Glukosa menjadi Piruvat
a. Jalur glikolisis
i.
Juga dikenal sebagai jalur Embden-Meyerhof, ini jalur yang paling biasa ditemukan di
semua grup utama mikroorganisme
ii.
Fungsi ini berlangsung ada atau tidak ada oksigen dan dibagi menjadi dua bagian:
 Tahap glukosa gula 6-carbon difosforilasi dua kali menghasilkan fruktosa 1,6bisphosphate; ini membutuhkan pengeluaran dua molekul ATP
 Tahap gula 3 karbon memecah fructose 1,6-bisphosphate menjadi dua
molekul 3 karbon, dimana masing-masing diproses menjadi piruvat; dua
molekul ATP diproduksi oleh fosforilasi tingkat substrat dari masing-masing
molekul 3 karbon menghasilkan dua molekul ATP; 2 molekul NADH juga
diproduksi per molekul glukosa
b. Jalur pentosa fosfat
i.
Juga dikenal sebagai jalur hexose monophosphate, jalur ini menggunakan kumpulan
reaksi berbeda untuk memproduksi bermacam-macam gula fosfat 3-, 4-, 5-, 6-, dan 7karbon
ii.
Memiliki beberapa fungsi katabolik dan anabolik
 Produksi NADPH, dimana bertindak sebagai sumber elektron untuk proses
biosintesis
 Sumber jaringan empat dan lima karbon yang dapat digunakan dalam sintesis
asam amino, asam nukleat, dan makromolekul lain
 Katabolisme lengkap dari heksosa dan pentosa, menghasilkan ATP dan NADH
(dibuat dengan mengubah NADPH menjadi NADH)
c.
3.
4.
5.
6.
Jalur Entner-Doudoroff
i.
Hubungan Reaksi jalur ini yaitu jalur pentosa fosfat dengan jalur glikolisis dengan
reaksi unik
ii.
Jalur ini memproduksi ATP, NADPH, dan NADH
Fermentasi
a. Fermentasi-proses dimana organisme mengoksidasi NADH yang diproduksi melalui salah satu
jalur di atas dengan menggunakan piruvat atau satu derivatnya sebagai akseptor elektron dan
hidrogen, jadi proses ini melibatkan pengggunaan akseptor elektron endogen
b. Banyak tipe fermentasi diketahui
i.
Fermentasi alkohol memproduksi entanol dan CO2
ii.
Fermentasi Asam laktat memproduksi asam laktat (lactate)
 Fermenter Homolaktik mereduksi hampir semua piruvat menjadi laktat
 Fermenter Heterolaktik membentuk sejumlah substansi produk selain laktat
iii.
Fermentasi asam format memproduksi baik itu asam campuran atau butanediol
c. Microorganisme dapat memfermentasi bahan lain selain gula (misalnya, asam amino)
Siklus Asam Tricarboxylic
a. Pyruvat dapat didegradasi menjadi karbondioksida melalui siklus asam tricarboxylic (TCA)
sesudah pertama telah dikonversikan menjadi acetyl CoA; reaksi ini dibarengi dengan hilangnya
satu atom karbon seperti karbon dioksida
b. Acetyl-CoA bereaksi dengan oxaloacetate (molekul 4-carbon) untuk memproduksi molekul 6
karbon, yang secara subsekuen dipecah menjadi dua molekul karbondioksida, perbaruan
oksaloasetat; selama proses ini, terjadi hal-hal berikut:
i.
ATP diproduksi melalui fosforilasi tingkat substrat
ii.
Tiga molekul NADH dan satu molekul FADH2 diproduksi
c. Meskipun organisme kurang lengkap siklus TCAnya biasanya memiliki banyak enzim siklus
karena salah satu fungsi utama siklus TCA adalah menyediakan jaringan karbon untuk
digunakan pada biosintesis
Transport Elektron dan Fosforilasi Oksidatif
a. Rantai Transport Electron
i.
Rantai transport elektron mitokondria menggunakan rangkaian pembawa elektron untuk
mentransfer elektron dari NADH dan FADH2 ke O2
 Pembawa Electron berlokasi didalam membran dalam mitokondria
 Selama fosforilasi oksidatif, tiga molekul ATP dapat disintesis ketika sepasang
elektron dilewatkan dari NADH ke O2; dua molekul ATP dapat disintesis
ketika elektron dari FADH2 lewat ke O2
ii.
Meskipun mereka beroperasi berdasarkan pronsip dasar yang sama, rantai transport
elektron bakteri biasanya berbeda pada strukturnya: mereka mungkin bercabang, dapat
dibentuk dari pembawa elektron berbeda, atau dapat lebih pendek daripada rantai
transport elektron mitokondria; rentai transport elektron berlokasi di membran plasma
b. Oxidative Phosphorylation
i.
The chemiosmotic hypothesis of oxidative phosphorylation postulates that the energy
released during electron transport is used to establish a protonmotive force (potential
energy due to the difference in proton concentration and charge on either side of the
membrane), which can be used to drive ATP synthesis, flagellar rotation, and transport
of molecules across the membrane
ii.
ATP synthesis is catalyzed by the ATP synthase complex, which is thought to behave
like a small rotary motor
iii.
Inhibitors of ATP synthesis fall into two main categories:
 Blockers that inhibit the flow of electrons through the system
 Uncouplers that allow electron flow, but disconnect it from oxidative
phosphorylation
c. Produksi ATP melalui Glikolisis dan Respirasi Aerob
i.
Produksi ATP melalui glikolisis selama fermentasi adalah 2 ATP
ii.
Respiraso Aerob menghasilkan antara 2 hingga 38 ATP per molekul glukosa,
tergantung pada ketepatan alamiah sistem transport elektron
iii.
Efek pasteur adalah fenomena regulator dimana organisme mengurangi kecepatan
katabolisme gula ketika kondisi menyebabkan pergantian dari fermentasi menjadi
respirasi aerob; ini terjadi karena respirasi aerob lebih effisien dan menghasilkan energi
lebih besar per molekul glukosa
Respirasi Anaerob
a.
Menggunakan molekul selain oksigen sebagai akseptor elektron terakhir; yang paling biasa
digunakan sebagai akseptor elektron alternatif adalah nitrat, sulfat, dan CO2
b. Reduksi nitrat Dissimilato terjadi ketika nitrat digunakan sebagai akseptor elektron terakhir; jika
nitrat direduksi menjadi gas nitrogen, proses dinamakan denitrifikasi
c. Respirasi Anaerob tidak seefisien respirasi aerob dalam sintesis ATP karena akseptor elektron
alternatif tidak memiliki potensial reduksi sepositif O2; meskipun demikian respirasi anaerob
berguna karena lebih effisien daripada fermentasi
7. Katabolisme Karbohidrat dan Polimer Cadangan Intraseluler
a. Karbohidrat
i.
Kebanyakan monosakarida masuk dengan mudah ke dalam jalur glikolisis
ii.
Disaccharides dipecah menjadi monosakarida baik itu melalui hidrolisis atau
fosforolisis
iii.
Polysaccharida dipecah menjadi molekul lebih kecil baik itu melalui hidrolisis atau
fosforolisis; bagaimanapun kebanyakan tidak mudah didegradasi (misal, sellulosa, agar)
iv.
Microorganisme juga mampu mendegradasi molekul xenobiotic (bahan asing yang
tidak dibentuk melalui proses alamiah biosintesis) seperti pestisida
b. Polimer Cadangan-ketika nutrien tidak ada mikroorganisme mengkatabolis simpanan glikogen,
pati, dll
8. Katabolisme Lipid
a. Triglycerida biasanya merupakan sumber energi; mereka dihidrolisis menjadi gliserol dan asam
lemak
b. Asam Lemak dikatalisis melalui jalur Oksidasi, yang memproduksi acetyl-CoA, NADH, dan
FADH2; NADH dan FADH2 dapat dioksidasi melalui ranta transport elektron untuk
memproduksi ATP
9. Katabolisme Protein dan Asam Amino
a. Protein didegradasi oleh protease menjadi komponen asam amino mereka
b. Asam Amino pertama dideaminasi dan kemudian sisa jaringan karbon dikonversi menjadi
piruvat, acetyl-CoA, atau siklus intermediet TCA
10. Oksidasi Molekul Anorganik
a. Chemolithotrophy – proses metabolik yang menggunakan molekul anorganik sebagai sumber
energi,
i.
Sumber energi dioksidasi;
ii.
Akseptor elektron biasanya O2, namun sulfat dan nitrat juga digunakan;
iii.
Donor elektron (sumber energi) yang paling umum adalah hydrogen, komponen
nitrogen tereduksi, komponen sulfur tereduksi, dan besi ferro (Fe2+)
b. Chemolithotrophs biasanya autotrophs; mereka menggunakan siklus Calvin untuk memperbarui
karbondioksida
11. Fotosintesis
a. Selama fotosintesis, energi dari cahaya matahari ditangkap dan digunakan untuk produksi ATP
dan NADPH (reaksi terang), yang digunakan untuk mereduksi karbondioksida membentuk
karbohidrat (reaksi gelap)
b. Reaksi Terang eukariot dan cyanobakteri
I.
Molekul Chlorophyll dan bermacam-macam pigmen pelengkap digunakan untuk
membentuk anntena; antennas menjebak photons dan mentransfer mereka ke pusat
reaksi klorofil; bagian klorofil khusus ini secara langsung terlibat pada transport
elektron
II.
Eucaryotes dan cyanobacteria memiliki dua photosystems; masing-masing, elektron
dari pusat reaksi cahaya berenergi ditransfer ke rantai transport elektron gabungan
 Photosystem I dapat melakukan fotofosforilasi siklik, memproduksi ATP
 Photosystems I dan II, bekerja bersama, dapat melakukan fosforilasi nonsiklik,
memproduksi ATP dan NADPH; elektron untuk fosforilasi nonsiklik
didapatkan dari air, yang dioksidasi menjadi O2 (fotosintesis oksigenik)
c. Reaksi Terang bakteri hijau dan ungu
i.
Bakteri hijau dan ungu dapat melakukan fotosintesis anoksigenik (mereka tidak
menggunakan air sebagai sumber elektron, sehingga tidak memproduksi O2), dan
mereka memiliki pigmen fotosintesis yang berbeda disebut bacteriochlorophylls
ii.
Banyak perbedaan dalam reaksi terang bakteri hijau dan ungu disebabkan mereka hanya
memiliki satu fotosistem
iii.
Bakteri hijau dan Ungu biasanya autotrophs yang menggunakan NADH atau NADPH
untuk fiksasi karbon dioksida; tiga metode untuk membuat NADH:
 Reduksi NAD+ secara langsung oleh gas hidrogen
 Membalikkan aliran elektron
 Bentuk sederhana aliran elektron nonsiklik
METABOLISME : PENGGUNAAN ENERGI
1. Pendahuluan
a. ANABOLISME – pembentukan melalui sintesis molekul komplek dari yang sederhana; ini
membutuhkan input energi
b. PEMBALIKAN – degradasi secara terus menerus dan resintesis bahan seluler
c. KECEPATAN BIOSINTESIS adalah Perkiraan Diseimbangkan dengan katabolisme,
disebabkan regulasi hati-hati dari proses metabolik
2. Prinsip-Prinsip Pengaturan Biosintesis
a. Metabolisme biosintesis berlangsung berdasarkan beberapa prinsip berikut:
i.
Sintesis molekul besar komplek (makromolekul) dari sejumlah unit struktur sederhana
(monomers) yang terbatas menyimpan melebih kapasitas penyimpanan genetik, materi
dasar biosintesis, dan energi
ii.
Penggunaan banyak enzim yang sama untuk katabolisme dan anabolisme menyimpan
penambahan materi dan energi
iii.
Banyak jalur biosintesis merupakan kebalikan jalur katabolik; banyak langkah jalur
dikatalisis oleh enzim yang berpartisipasi baik aktivitas katabolik maupun anabolik;
bagaimanapun, beberapa langkah dikatalisis oleh dua enzim berbeda: satu berfungsi
pada pengaturan katabolik dan kedua yang berfungsi pada pengaturan biosintesis; ini
memperbolehkan regulasi bebas katabolisme dan anabolisme
iv.
Rangkaian reaksi biosintesis dengan pemecahan ATP (atau nukleosida trifosfat lain)
mengatur jalur anabolik tidak dapat balik dalam pengaturan biosintesis
v.
Pada sel eucariot, reaksi anabolik dan katabolic melibatkan komponen yang sama
secara bertahap dilokasikan pada kompartemen terpisah secara simultan namun operasi
bebas
vi.
Jalur Katabolik dan anaboli mengunakan kofaktor berbeda: katabolik oksidasi
memproduksi NADH, dimana substrat untuk transport elektron , sementara NADPH
bertindak sebagai reduktan untuk jalur anabolik
b. Ketika makromolekul telah dibentuk dari prekusor sederhana, struktur sel (misalnya, ribosom)
membentuk secara spontan dari makromolekul melalui proses yang dikenal sebagai SELFASSEMBLY (PENGGABUNGAN SENDIRI)
3. Fiksasi Karbondioksida Fotosintesis
a. Tiga Proses berbeda untuk perubahan karbondioksida menjadi karbon organik dikenal
i.
Siklus Calvin (siklus reduksi pentosa fosfat)-ditemui pada fotosintesis eukariot dan
banyak bakteri fotosintetik
ii.
Siklus Reduksi TCA –digunakan oleh beberapa archaea dan bakteri
iii.
Jalur Acetyl-CoA –digunakan oleh methanogens, sulfate reducers, dan acetogens
b. Siklus Kalvin
i.
Terdiri dari tiga fase
a. Fase carboksilasi - enzim ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase mengkatalisis
penambahan carbon dioxida menjadi ribulose 1,5-bisphosphate, membentuk dua
molekul 3-phosphoglycerate
b. The reduction phase - 3-phosphoglycerate is reduced to glyceraldehyde 3phosphate
c. The regeneration phase - a series of reactions is used to regenerate ribulose 1,5bisphosphate and to produce carbohydrates such as fructose and glucose; this phase
is similar to the pentose phosphate pathway and involves transketolase and
transaldolase reactions
ii.
Each carbon dioxide takes three ATP molecules and two NADPH molecules, thus the
formation of a single glucose molecule requires six turns through the cycle with an
expenditure of 18 ATP molecules and 12 NADPH molecules; sugars formed in the
Calvin cycle can then be used to synthesize other essential molecules
4. Sintesis Gula dan Polisakarida
a. Heterotrophs mensintesis glukosa dari prekusor nonkarbohidrat dalam proses disebut
gluconeogenesis; Jalur gluconeogenic berfungsi pembalikan glikolisis-ini membagi tujuh enzim
dengan jalur glikolitik, pembalikan pengaturan katabolik, dan menggunakan beberapa enzim
tertentu atau sistem multienzim untuk langkah katalisis yang tidak dapat secara langsung dibalik
b. Ketika glukosa dan fruktosa disintesis melalui gluconeogenesis, gula lain dibentuk; beberapa
dari gula lain disintesis ketika diserang pada nukleosida difosfat
c. Produksi Polisakarida juga membutuhkan penggunaan gula nuklosida difosfat sebagai prekursor
5. Assimilasi Senyawa Fosfor, Sulfur, dan Nitrogen Anorganik
a. Assimilasi Senyawa Fosfor
i.
Fosfat anorganik bergabung pada pembentukan ATP melalui fosforilasi, fosforilasi
oksidatif, dan fosforilasi tingkat substrat
ii.
Fosfat Organik didapatkan dari sekeliling dihidrolisis untuk melepaskan fosfat
anorganik oleh enzim yang yang disebut fosfatase
b. Assimilasi Sulfur
i.
Sulfur Organik dalam bentuk sistein dan metionin didapatkan dari sumber luar
ii.
Reduksi sulfat pengassimilasi digunakan untuk mereduksi sulfat anorganik sebelum ini
bergabung menjadi sistein
c. Assimilasi Nitrogen
i.
Penggabungan Ammonia
a. Banyak Mikroorganisme menggunakan aminasi tereduksi untuk membentuk
alanin dan glutamat, dimana kemudian digunakan sebagai sumber grup amino;
grup amino ditransfer dari alanin atau glutamat ke jaringan karbon lainnya
melalui reaksi transaminasi
b. Mikroorganisme lain menggunakan enzim glutamin synthetase dan glutamate
synthase untuk mensintesis glutamat, yang kemudian berperan sebagai donor
grup amino pada reaksi transaminasi
ii.
Reduksi nitrat pengasimilasi-melibatkan reduksi nitrat menjadi nitrit, kemudian menjadi
hydroxylamine, dan akhirnya menjadi ammonia, yang kemudian dapat bergabung
melalui rute yang digambarkan di atas
iii.
Fiksasi Nitrogen – reduksi nitrogen atmosfer menjadi ammonia; ini dikatalisis oleh
enzim nitrogenase, yang ditemukan hanya pada sedikit spesies bakteri; fiksasi nitrogen
membutuhkan pengeluaran 16 molekul ATP; amonia diproduksi dapat bergabung
menjadi molekul organik melalui proses yang digambarkan diatas
6. Sintesis Asam Amino
a. Melibatkan penyerangan grup amino ke jaringan karbon
b. Jaringan Karbon diturunkan dari acetyl-CoA dan dari intermediet siklus TCA, glikolisis, dan
jalur pentosa fosfat
7. Reaksi Anaplerotik
a. Fungsi Biosintesis siklus TCA juga sangat penting dimana banyak dari intermediet harus
disintesis meski ketika siklus TCA tidak berfungsi untuk mengkatabolis piruvat atau
menyediakan NADH untuk transport elektron
b. Reaksi Anaplerotic melengkapi kembali intermediet siklus TCA sehingga biosintesis dapat
terjadi; dua tipe utama reaksi anapleoritik telah dapat diamati
i.
Fiksasi karbondioksida Anaplerotic (misalnya, reaksi karboksilasi piruvat)
ii.
Siklus Glioksilat cycle-digunakan oleh mikroorganisme yang dapat tumbuh pada asetat
sebagai satu-satunya sumber karbon; ini dimodifikasi siklus TCA
8. Sintesis Purin, Pirimidin, dan Nukleotida
a. Molekul ini sangat penting untuk semua sel karena mereka digunakan pada sintesis ATP,
beberapa kofaktor, RNA, dan DNA
b. Biosintesis Purin-jalur sangat komplek dimana tujuh molekul berbeda (termasuk asam folat)
mengkontribusi bagian akhir kerangka purin; produk pertama purin adalah asam inosinik
nukleotida, dari semua nukleotida purin lainnya dapat dibentuk
c. Biosintesis Pirimidin-asm aspartic dan fosfat karbmoksil membentuk produk pirimidin inisial
(asam orotic), yang kemudian dapat dikonversikan menjadi nukleotida pirimidin
9. Sintesis Lipid
a. Sintesis asam lemak dikatalisis oleh asam lemak synthetase menggunakan substrat acetyl-CoA
dan malonyl-CoA, reduktan NADPH, dan protein kecil disebut acyl pembawa protein, yang
membawa pertumbuahan rantai asam lemak; asam lemak dipanjangkan dengan penambahan dua
karbon pada saat dimana karboksil berakhir
b. Triacylglycerols dibentuk dari reduksi dihydroxyacetone phosphate (a intermediet jalur
glikolisis) menjadi glycerol 3-phosphate, yang kemudian menyebabkan esterifikasi dengan dua
asam lemak untuk membentuk asam fosfatidik; ini kemudian dapat digunakan untuk
memproduksi triacylglycerol
c. Fosfolipid juga dapat diproduksi dari asam fosfatidik menggunakan pembawa cytidine
diphosphate (CDP)
10. Sintesis Peptidoglikan
a. Prose multilangkah yang melibatkan dua pembawa: uridine diphosphate dan bactoprenol; selama
proses berulang-ulang unit peptidoglycan dibentuk dan diserang menjadi rantai peptidoglikan
tumbuh setelah ditransport melalui membran sitoplasmik; crosslinks kemudian dibentuk oleh
transpeptidasi
b. Sintesis Peptidoglikan sangat mudah diserang oleh gangguan agen antimikroba, antibiotik yang
termasuk seperti penicillin; penghambatan banyak langkah pada proses pelemahan dinding sel
dan menyebabkan lisis
11. Pola Pembentukan Dinding Sel
a. Autolisin menyebabkan digesti terbatas peptidoglikan, dan menyediakan akseptor akhir untuk
penambahan unit baru peptidoglikan
b. Dua pola umum aktivitas sintesis dinding sel telah dapat diamati
1. Kebanyakan kokus gram-positive hanya memiliki satu atau sedikit daerah pertumbuhan,
biasanya pada sisi pembentukan septum
2. Bakteri berbentuk batang biasanya memiliki sisi pertumbuhan tersebar sepanjang bagian
silindrikal sel sama baiknya pada sisi pembentukan septum