Dr. Dwi Suryanto Prof. Dr. Erman Munir Nunuk Priyani, M.Sc.

Transkripsi

1 BIO210 Mikrobiologi Dr. Dwi Suryanto Prof. Dr. Erman Munir Nunuk Priyani, M.Sc.

2 Kuliah 4-5. METABOLISME

3 Ada 2 reaksi penting yang berlangsung dalam sel: Anabolisme reaksi kimia yang menggabungkan bahan sederhana menjadi bahan lebih kompleks, memerlukan energi. Contoh: sintesis protein, karbohidrat, dll. Katabolisme reaksi kimia yang memecah bahan kompleks menjadi bahan sederhana, menghasilkan energi.

4 Peranan ATP dalam merangkai reaksi anabolik dan katabolik

5 Enzim biokatalisator untuk mempercepat proses reaksi dalam sel tanpa terjadi peningkatan suhu dan tekanan yang dapat menyebabkan kematian sel. Bersifat spesifik, sangat efisien, pada kondisi optimum kecepatan reaksi mencapai kali dibandingkan reaksi tanpa enzim. Enzim dapat terdenaturasi oleh suhu dan ph. Kerja enzim dapat dihambat melalui penghambatan (inhibisi) kompetitif dan non kompetitif.

6 Faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim. (a) Suhu. (b) ph. (c) Konsentrasi substrat.

7 Denaturasi protein karena putusnya ikatan non kovalen.

8 Inhibitor enzim. (a) Enzim yang tidak dihambat dengan substrat normalnya. (b). Inhibitor kompetitif. (c) Satu jenis inhibitor non kompetitif yang menyebabkan inhibisi allosterik.

9 Inhibisi kompetitif bekerja karena substrat sangat mirip dengan inhibitor, contoh pada kasus PABA (nutrisi esensial pada beberapa bakteri dalam sintesis asam folat) dengan sulfanilamide. Pada inhibisi non kompetitif, inhibitor bekerja pada tempat lain selain sisi aktif enzim, akibatnya sisi aktif menjadi berubah. Tempat (situs) melekatnya inhibitor non kompetitif pada enzim disebut situs allosterik.

10 Beberapa enzim mempunyai bagian yang seluruhnya protein, banyak yang memiliki bagian yang disebut apoenzim bagian enzim yang tidak aktif jika tidak ada bagian lain yang disebut kofaktor. Apoenzim beserta kofaktor disebut holoenzim. Kofaktor dapat berupa ion logam atau senyawa organik kompleks yang disebut koenzim. Dua koenzim penting dalam metabolisme seluler yaitu: NAD (nicotinamide adenine dinucleotide) dan NADP (nicotinamide adenine dinucleotide fosfate) berasal dari vitamin B (asam nikotinat atau niasin), berfungsi dalam memindahkan dan mentransfer ion hidrogen dan elektron dari substrat. Koenzim flavin seperti FMN (flavin mononucleotide) FAD (flavin adenine dinucleotide) mengandung vitamin B (riboflavin) penting dalam reaksi fotosintesis.

11 A. Metode Produksi Energi Molekul nutrisi yang kaya energi disimpan dalam ikatan kimia atom Berbagai reaksi dalam jalur katabolisme terpusat pada pelepasan energi dalam bentuk ATP

12 B. Konsep Oksidasi Reduksi Oksidasi-reduksi. Satu elektron ditranfer dari molekul A ke molekul B.

13 B. Konsep Oksidasi Reduksi Oksidasi merupakan reaksi penambahan oksigen ke dalam suatu molekul, atau secara umum pengeluaran elektron (e-) dari suatu molekul. Pada kebanyakan oksidasi seluler 2 molekul e- dan 2 molekul H+ dikeluarkan pada saat yang bersamaan. Karena oksidasi biologi menyebabkan molekul kehilangan atom hidrogen dehidrogenasi. Contoh reaksi oksidasi

14 Reduksi merupakan proses yang menyebabkan suatu molekul menerima e-. Contoh reaksi reduksi Dalam sel reaksi oksidasi dan reduksi selalu berpasangan. Suatu substansi yang dioksidasi atau H yang bebas diikat, tidak tetap bebas tapi segera ditransfer oleh koenzim seperti NAD atau NADP ke senyawa lain

15 C. Pembangkitan ATP Energi yang dilepas selama oksidasi terjebak dalam sel ATP dibentuk. ADP + Pi + energi ATP Penambahan fosfat ke senyawa kimia disebut fosforilasi. Organisme menggunakan 3 cara fosforilasi untuk menghasilkan ATP: a. Fosforilasi tingkat substrat (glikolisis) ATP dibentuk ketika gugus fosfat berenergi tinggi dipindahkan langsung dari suatu intermediet ke ADP. C-C-C~P + ADP C-C-C + ATP

16 b. Fosforilasi oksidatif e- dikeluarkan dari senyawa organik (biasanya NAD) dan melewati beberapa seri penerima e- menuju molekul O 2 atau bahan organik lain. Proses ini terjadi dalam membran plasma prokaryota dan pada membran bagian dalam mitokondria pada eukaryota Seri penerima e- disebut rantai transport elektron. Transfer e- dari satu penerima e- ke pelepasan energi untuk membangkitkan ATP dari ADP disebut proses kemioosmosis.

17 c. Fotofosforilasi Terjadi hanya pada sel fotosintesis yang memiliki klorofil. Pada fosforilasi siklis e- kembali ke klorofil, pada non siklis e- bergabung dalam koenzim NADP untuk membentuk NADPH.

18 Fotofosforilasi

19 Katabolisme Karbohidrat Hampir semua mikroorganisme mengoksidasi karbohidrat sebagai sumber utama energi. Glukosa merupakan karbohidrat yang umum digunakan oleh sel. Untuk menghasilkan energi dariu karbohidrat mikroorganisme menggunakan cara: respirasi seluler dan fermentasi. Respirasi glukosa biasanya terjadi dalam 3 tahap: glikolisis, siklus Kreb, dan rantai transport elektron.

20 Gambaran umum respirasi dan fermentasi

21 a. Glikolisis (Embden-Meyerhof pathway) Merupakan reaksi oksidasi glukosa sampai asam piruvat. Selama proses glikolisis NAD+ direduksi menjadi NADH. Reaksi ini tidak membutuhkan oksigen. Menghasilkan bersih 2 ATP.

22 Reaksi Glikolisis

23 Reaksi Glikolisis (lanjutan)

24 Jalur Pentosa Fosfat Jalur alternatif glikolisis Jalur alternatif oksidasi glukosa pada banyak bakteri bekerja secara simultan dengan glikolisis Jalur ini merupakan jalur siklis untuk pemecahan pentosa, sebagaimana juga glukosa Jalur ini menghasilkan intermediet pentosa yang penting dalam sintesis asam nukleat, glukosa dari CO2 dalam fotosintesis, dan asam amino tertentu Jalur ini memproduksi NADPH2 dari NADP Hanya menghasilkan 1 ATP

25 Jalur Entner-Daudoroff Jalur ini memproduksi NADPH dari NADP. Hanya menghasilkan 1 ATP. Jalur lain dalam oksidasi glukosa menjadi asam piruvat. Untuk setiap molekul glukosa dihasilkan 2 molekul NADPH. Hanya beberapa bakteri genus Rhizobium dan Pseudomonas melakukan jalur ini.

26 b. Respirasi seluler Proses pembentukan ATP dimana molekul dioksidasi dengan penerima elektron terakhir berupa bahan anorganik. Ada 2 jenis respirasi: aerob dan anaerob. Respirasi aerob: jika akseptor elektron terakhir oksigen. Respirasi anaerob: jika akseptor elektron terakhir biasanya molekul anorganik selain oksigen, seperti nitrat (NO 3- ), oksida nitrous (N 2 O), gas nitrogen (N 2 ), SO 4 2- ), dan CO 3 2- )

27 Siklus Krebs

28 Reaksi Glikolisis (lanjutan)

29 c. Rantai Transport Elektron Terdiri dari urutan molekul pembawa yang mampu melakukan reaksi oksidasi-reduksi. Ada 3 jenis molekul pembawa: flavoprotein, sitokrom, dan ubiquinon (koenzim Q). Rantai transport elektron

30 Rantai transport elektron dan pembangkitan ATP kemioosmotik

31 c. Fermentasi Asam piruvat yang terbentuk selama proses glikolisis dapat dikonversi menjadi senyawa organik melalui fermentasi. Tidak memerlukan oksigen, siklus Krebs, rantai elektron transport. Menggunakan bahan organik sebagai akseptor elektron terakhir. Menghasilkan sedikit ATP (1-2).

32 Proses Fermentasi

33 Produk akhir berbagai fermentasi mikroba

34