METABOLISME
MIKROORGANISME
A.
Pengertian
Metabolisme
Metabolisme ialah semua reaksi
yang mencakup semua proses kimiawi yang terjadi di dalam sel yang menghasilkan
energi dan menggunakan energi untuk sintesis komponen-komponen 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.
B.
Proses
Metabolisme
Metabolisme
meliputi dua proses yang berlangsung serempak, yaitu:
1.
Anabolisme/
Asimilasi (Pembangunan); Merupakan sintesis protoplasma yang meliputi proses
sintesa makromolekul seperti asam nukleat, lipida dan polisakarida, dan
penggunaan energi yang dihasilkan dari proses katabolisme.
2.
Katabolisme/
Desimilasi (Perombakan); Merupakan oksidasi substrat yang diiringi dengan
terbentuknya energi, meliputi proses degradasi sebagai reaksi penguraian bahan organik
kompleks menjadi bahan organik sederhana atau bahan anorganik yang menghasilkan
energi dalam bentuk ATP.
Sebelum proses
diperlukan pengaktifan sub unit yang akan dipakai dan energi tinggi yaitu ATP.
Energi untuk metabolisme diambil dari proses fermentasi, respirasi dan proses
fotosintesis. Hasil reduksi oksidasi pada semua proses selalu di bentuk ATP,
diamana energi yang dibebaskan tersimpan untuk proses selanjutnya. Senyawa
dengan tingkat energi yang sering di pakai sebagai penyalur energi. Pada fermentasi
dan respirasi energi diperoleh dari proses katabolisme karbohidrat. Kuman
heterotrof termasuk kuman pathogen yang menggunakan zat organik sebagai sumber
C untuk mendapatkan energi. Kuman autotrof membutuhkan C dalam bentuk
anorganik. Kuman autotrof kemosintetik mendapatkan energi dengan oksidasi bahan
organik seperi Fe dan NH3. Untuk mendapatkan unsur energi untuk proses sintesis
dari cahaya yang diolah menjadi energi kimia.
C.
Enzim
Enzim adalah katalisator organik (biokatalisator) yang
dihasilkan oleh sel. Enzim berfungsi sebagai katalisator anorganik yaitu untuk
mempercepat reaksi kimia. Setelah reaksi berlangsung enzim tidak mengalami
perubahan jumlah sehingga jumlah enzim sebelum dan setelah reaksi adalah tetap.
Enzim mempunyai spesifitas yang tinggi terhadap reaktan yang direaksikan dan
jenis reaksi yang dikatalisis. Enzim melakukan berbagai aktifitas fisiologik
seperti penyusunan bahan organik, pencernaan, dan pembongkaran zat yang
memerlukan aktivator berupa biokatalisator.
1.
Sifat Umum Enzim
yaitu;
v Disusun oleh
senyawa protein
v Bekerja secara
spesifik yaitu hanya mengkatalisis satu macam reaksi saja
v Aktivitas enzim
dipengaruhi suhu, PH, substrat dan inhibitor. Setiap enzim memiliki suhu dan PH
optimum.
v Enzim memiliki
sifat alosentrik, yaitu mampu berkaitan dengan inhibitor ataupun aktivator.
2.
Mekanisme Kerja Enzim
Enzim meningkatkan kecepatan
reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi. Energi aktivasi adalah energi
yang diperlukan untuk mengaktifkan suatu reaktan sehingga dapat bereaksi untuk
membentuk senyawa lain. Energi potensial hasil reaksi menjadi lebih rendah, tetapi
enzim tidak mempengaruhi letak keseimbangan reaksi. Saat berlangsungnya reaksi
enzimatik terjadinya ikatan, sementara enzim dengan sunbstratnya reaktan.
Ikatan sementara bersifat labil dan hanya untuk waktu yang singkat saja.
Selanjutnya ikatan enzim substrat akan pecah menjadi enzim dan hasil akhir.
Enzim yang terlepas kembali setelah reaksi dapat berfungsi lahi sebagai
biokatalisator untk reaksi yang sama.
3.
Struktur Enzim
Pada umumnya enzim tesusun
dari protein. Protein penyusun enzim dapat berupa protein sederhana atau protein yang terikat pada
gugusan non protein. Banyak enzim yang hanya terdiri dari protein saja seperti
tripsin. Dialisis enzim dapat memisahkan bagian-bagian protein, yaitu bagian
protein yang disebut apoenzim dan bagian nonprotein yang berupa koenzim, gugus
protetis dan kofaktor ion loga. Masing-masing bagian tersebuta apabila terpisah
akan menjadi tidak aktif. Apoenzim apabila bergabung dengan bagian non protein
disebut holoenzim yang bersifat aktif sebagai biokatalisator. Koenzim dan gugus
prostetik berfungsi sama. Koenzim adalah bagian yang terikat secara lemah pada
apoenzim (protein). Gugus prostetik adalah bagian yang terikat kuat pada
apoenzim. Koenzim berfungsi dalam menentukan reaksi kimia yang dikatalisis
enzim. Ion logam merupakan komponen yang sangatlah penting yang diperlukan
untuk memantapkan struktur protein dengan adanya interaksi antar muatan.
4.
Klasifikasi/ Penggolongan
Enzim
a.
Penggolongan
Enzim Berdasarkan Tempat Bekerjanya
1.
Endoenzim
Endoenzim disebut juga enzim
intraseluller yaitu enzim yang berkerja di dalam sel. Umumnya merupakan enzim
yang digunakan untuk proses sintesis
di dalam sel dan untuk pembentukan energi (ATP) yang berguna untuk
proses kehidupan sel misalnya, dalam proses respirasi
2.
Eksoenzim
Eksoenzim disebut juga enzim
ekstraseluller yaitu enzim yang berkerjanya
di luar sel. Umumnya berfungsi untuk mencernakan substrat secara
hidrolisis untuk dijadikan molekul yang lebih sederhana dengan berat molekul
lebih rendah sehingga dapat masuk melewati membrane sel. Energi yang dibebaskan
pada reaksi pemecahan substrat di luar sel tidak digunakan dalam proses
kehidupan sel.
b.
Penggolongan
Enzim Berdasarkan Daya Katalisis
1.
Oksidoreduktase
Enzim ini
mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi yang merupakan pemindahan elektron,
hydrogen atau oksigen. Contoh; enzim electron transfer oksidase dan hidrogen
perioksidase (katalase)
2.
Transferase
Enzim ini mengkatalisis pemindahan gugus
molekul dari satu molekul ke molekul lain. Contoh; Transaminase,
Transfosforilase, dan Transasilase
3.
Hidrolase
Enzim ini mengkatalisis
reaksi-reaksi hidrolisis. Contoh; Karboksilesterase, Lipase dan Peptidase
4.
Liase
Enzim ini berfungsi untuk
mengkatalisis pengambilan atau penambahan gugus dari satu molekul tanpa melalui
proses hidrolisis. Contoh; L Malat hidrolase (Fumarat), Dekarboksiiase.
5.
Isomerase
Isomerase meliputi
enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi isomerisasi yaitu; Rasemase, epirerase,
Co-transisomerase, Intramolekul ketolisorerase, dan Murase.
6.
Ligase
Enzim ini mengkatalisis
penggabungan dua molekul dengan dibebaskannya molekul priposfat dari nukleosida
trifosfat. Contoh; Enzim Asetat
7.
Enzim Lain dengan Tata Nama Berbeda
Ada beberapa enzim yang
penamaanya tidak menurut cara diatas misalnya enzim pepsin, triosin, dan
sebagainya serta enzim yang termasuk permease. Permease adalah enzim yang
berperan dalam menentukan sifat selektif permeabel dari membran sel.
c.
Penggolongan
Enzim Berdasarkan Cara Terbentuknya
1.
Enzim Konstitutif
Kadar enzim dalam sel
berjumlah normal atau tetap pada sel hidup
2.
Enzim Adaptif
Enzim yang pembentukkannya
dirangsang oleh adanya subtract. Contoh; Enzim Beta galaktosidase yang
dihasilkan oleh bakteri E. coli
d.
Penggolongan
Enzim Berdasarkan Substratnya
1.
Kerbohidrase, merupakan enzim yang menguraikan karbohidrat
yang mencakup; Amilase, maltase, Laktase, Selulase dan Pektinase.
2.
Esterase, merupakan enzim yang memecah golongan ester antara
lain; Lipase dan Posfatase.
3.
Protease, merupakan enzim yang menguraikan golongan protein,
contohnya; Peptidase, Gelatinase, dan Renin.
4.
Faktor-faktor yang
Mempengaruhi Reaksi Enzimatik
1.
Substrat
(Reaktan)
Kecepatan reaksi enzimatik umumnya
diketahui kadarsubstrat, penambahan kadar substrat sampai jumlah tertentu
dengan jumlah enzim yang tetap, akan mempercepat reaksi enzimatik sampai
mencapai maksimum. Penambahan substrat selanjutnya tidak akan menambah
kecepatan reaksi, kecepatan reaksi enzimatik juga dipengaruhi kadar enzim,
jumlah enzim yang terikat substrat dan konstanta.
2.
Suhu
Seperti reaksi kimia pada umumnya, maka
reaksi enzimatik dipengaruhi oleh suhu. Kenaikan suhu sampai optimum akan
diikuti pula oleh kenaikan kecepatan reaksi enzimatik. Kepekaan enzim terhadap
suhu pada keadaan suhu melebihi optimum disebabkan terjadinya perubahan
fisikokimia protein penyusun enzim. Umumnya enzim mengalami enaturasi pada suhu
diatas 500 C. Walaupun demikian ada beberapa enzim yang tahan terhadap suhu tinggi, misalnnya
Taka-diastase dan Tripsin.
3.
Keasaman (PH)
PH dapat mempengaruhi aktivitas enzim.
Daya katalisis enzim menjadi rendah pada PH rendah maupun tinggi, karena
terjadinya denaturasi enzim. Enzim mempunyai gugus aktif yang bermuatan positif
dan negatif. Aktivitas enzim akan optimum kalau terdapat keseimbangan antara
muatannya. Pada keadaan masam muatannya cenderung positif, dan pada keadaan
basis muatannya cenderung negatif sehingga aktivitas enzimnya menjadi berkurang
atau bahkan menjadi tidak aktif. PH optimum u ntuk masing-masing enzim tidak
sealu sama. Sebagai contoh amilase jamur mempunyai PH optimum 5,0 dan Arginase
mempunyai PH optimum 10.
4.
Penghambat Enzim
(Inhibitor)
Inhibitor enzim adalah zat atau senyawa
yang dapat menghambat enzim dengan beberapa cara yaitu:
a.
Penghambat Bersaing (Kompetitif)
Penghambatan disebabkan oleh senyawa
tertentu yanng mempunyai struktur mirip dengan substrat saat reaksi enzimatik
akan terjadi.
b.
Penghambat Tidak Bersaing (Non-Kompetitif)
Zat-zat kimia tertentu mempunyai
afinitas yang tinggi terhadap ion, logam penyusun enzim.
c.
Penghambat Umpan Balik (Feed
Back Inhibitor)
Penghambatan umpan balik disebabkan oleh
hasil akhir suatu brangkaian reaksi enzimatik yang menghambat aktivat enzim
pada reaksi pertama.
d.
Penghambat Represor
Adalah hasil akhir suatu rangkaian
reaksii enzimatik yang dapat mempengaruhi atau mengatur pembentukan enzim-enzim
pada reaksi sebelumnya.
e.
Penghambat Alosterik
Penghambat yang dapat mempengaruhi enzim
Alosteri. Enzim Alosterik adalah enzim yang mempunyai dua bagian aktif, yaitu
bagian aktif yang mengangkat substrat dan bagian yang menangkap penghambat.
5.
Aktivator (Pengingat) atau Kofaktor
Adalah suatu zat yang dapat mengaktivkan
enzim yang semula belum aktif. Enzim yang belum aktif disebut pre-enzim atau
zymogen. Kovaktor dapat berbentuk ion-ion dari unsur H, Fe, Cu, Mg, Mo, Zn, Co atau
berupa co-enzim, vitzmin dzn enzim lain.
6.
Penginduksi (Induktor)
Induktor adalah suatu substrat yang dapat merangsang
pembentukan enzim. Sebagai contoh adalah Lactosa dappat menginduksi pembentukan
enzim Beta galaktosidase.
5.
Sumber
Mikroorganisme Memperoleh Energi
Melalui Proses oksidasi-reduksi.
Oksidasi adalah proses pelepasan elektron. Sedangkan reduksi adalah proses
penangkapan elektron. Karena elektron tidak dapat berada dalam bentuk bebas,
maka setiap reaksi oksidasi selalu diiringi oleh reaksi reduksi. Hasil dari
reaksi ksidasi dapat terbentuknya energi.
6.
Dua Macam Energi
yang di Gunakan Mahluk Hidup
a.
Sinar Matahari
Disebut dengan organisme fotosintesis
atau orgtanisme fototrofik.
b.
Oksidasi Senyawa Kimia
Disebut dengan organisme kemosintesis kemotrofik
atau autotrofik.
7.
Fotosintesis
Bakteri
a.
Fotosintesis Tipe Cyanobacteria
Proses fotosintesis umumnya sama dengan
proses fotosintesis pada tanaman tingkat tinggi dengan keseluruhan proses
fotosintesis yang terjadi.
b.
Fotosintesis Tipe Noncyanobacteria
Pada proses fotosintesis mikroorganisme
tidak membutuhkan air sebagai reduktan sehingga oksigen tidak pernah dihasilkan
dari proses fotosintesis. Fotosintesis yang demikian berlangsung secara anaerob
sehingga dikenal dengan fotosintesis anaerob. Mikroorganisme memerlukan suplai
senyawa organik sebagai donor hidrogennya.
8.
Mikroorganisme
Berdasarkan Tipe Pada Reduktan dan Pigmen Fotosintesisnya
a.
Chlorobiceae
Disebut sebagai Green-sulfur bacteria.
Bakteri ini juga digunakan hidrogen dan beberapa senyawa yang mengandung sulfat
sebagai reduktannya.
b.
Chromaticeae
Memiliki ciri pigmen merah jingga
disebut dengan purle-surful-bacteria.
c.
Rhodospirillaceae
Bakteri ini menggunakan hidrogen dan
berbagai senyawa organik sebagai reduktan. Proses fotosintesis hanya dapat
berlangsung dalam keadaan anaerob.
9.
Metabolisme
Bakteri
a.
Metabolisme Bakteri Kemoautotrof
Organisme tidak berklorofil mendapatkan
energinya dari hasil oksidasi kimia sehingga disebut kemoautotrof atau
kemoliotrof. Melalui proses oksidasi jenis ini mengubah senyawa anorganik
menjadi senyawa organik. Seperti protein, lemak, asam nukleat dan vitamin.
Proses fotosintesis menggunakan karbondioksida untuk sintesis semua komponen
selnya yang memerlukan energi dan NADPH. Bagi bakteri fotosintesis energi ini
diperoleh dari cahaya. Pada bakteri ini energi diperoleh dari hasil oksidasi
kimia.
Berdasarkan
bahan anorganik yang dioksidasi bakteri ini di bedakan atas beberapa marga
yaitu;
1. Pengoksidasi
Belerang, contohnya Thiobacillus
2. Pengoksidasi
Amoniak, contohnya Nitrosomonas
3. Pengoksidasi
Nitrit, contohnya Nitobacter
4. Pengoksidasi
Hidrogen, terdapat pada berbagai marga.
5. Pengoksidasi
senyawa besi, contohnya Siderocapsa
b.
Metabolisme Bakteri Heterotrifik
Mikroorganisme heterotrof tidak mampu
mensintesis nutrisinya sendiri, melainkan menggantungkan diri pada bahan
organik yang dihasilkan oleh mahluk hidup lainnya. Energi diperoleh dari hasil
penguraian bahan organik seperti glukosa, atau bahan organik lainnya.
1.
Respirasi Mikroorganisme
Respirasi adalah proses pembongkaran zat
untuk mendapatkan energi yang diperlukan oleh suatu organisme. Respirasi
dibedakan menjadi respirasi aerob dan respirasi anaerob.
v Respirasi Aerob
Bakteri dapat menggunakan glukosa atau
zat organik lain sebagai substrat untuk dioksidasi menjadi karbon dioksida dan
air, serta diperlukannya energi. Contohnya Acetobacter.
v Respirasi Anaerob
Pada respirasi anaerob oksigen bebas
tidak digunakan bahnkan bila terkena oksigen bebas bakteri akan mati. Salah
satu sebab tidak digunakannya oksigen bebas adalah bakteri tidak memiliki
enzim, untuk mereduksi oksigen tersebut. Contohnya Streptococcus lactis.
2.
Fermentasi
Fermentasi merupakan proses penguraian
anaerobik dari senyawa organik. Pada proses ini baik donor maupun akseptor
lektron merupakan senyawa organik. Pada glikolisis, glukosa dioksidasi menjadi
dua molekul asam piruvat.
Bergantunng pada tipe mikroorganisme,
asam pirivat akan mengalami metabolisme tambahan untuk menghasilkan produk
fermentasi akhir, yaitu;
a.
Fermentasi Asam Homolaktat (Streptococcus dan lactobacilus)
b. Fermentasi
Beralkohol (Khamir)
c.
Fermentasi Asam Campuran (E. coli)
d. Fermentasi
Glikol-butilen (Enterobacter, Bacillus,
Pseudomonas)
e.
Fermentasi Asam Butirat, Butanol, Aseton
(Clostridium).
DAFTAR PUSTAKA
Akarim,
nazip. 2005. Bahan Kuliah Mikrobiologi
Dasar. Universitas Sriwijaya Palembang
Palczar,
michael j. 2008. Dasar-Dasar Mikrobiolgi.
Universitas Indonesia: Jakarta
Dwidjoseputro.
1978. Dasar-Dasar Mikrobiologi.
Djambatan: Malang
Diktat Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi.2011.
Universitas Muhammadiyah Palembang