METABOLISME MIKROBIAL OLEH: FIRMAN JAYA
1. Metabolisme Aerobik dan Anaerobik Proses metabolisme: a. Katabolisme: reaksi eksergonik (Penguraian Senyawa Karbohidrat energi). Contoh: respirasi 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 O 2 bebas sebagai aseptor tunggal hidrogen terakhir dalam proses respirasi. b. Anaerobik: mikroba tidak menggunakan O 2 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 CO 2.
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 = 2 192 sel.
Sumber nutrien Pertumbuhan sel Ukuran sel tersedia cepat besar SUMBER NUTRIEN kehidupan, pertumbuhan mikroba
Nutrisi: penyerapan bahan ke dalam sel untuk proses metabolisme: a. Katabolisme/dissimilasi/bioenergi: nutrien sebagai sumber energi (penerima elektron). Ex: oksigen, KNO 3. 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 0-30 0 C, suhu optimum 15 0 C. Mikroba mesofil: minimum 15 0 C, optimum 25-37 0 C dan maksimum 45-55 0 C. Mikroba termofil: optimum 55-60 0 C, maks 75 0 C
Contoh: - Bakteri psikofil: bakteri yang hidup di laut (fototrof) dan bakteri besi (Gallionella) Vibrio marinus: optimum 15-16 0 C, diatas 30 o C aktivitas metabolisme berhenti dalam 1.5 jam. - Bakteri mesofil: Agrobacterium luteum: 25 o C - Bakteri termofil: Bacillus, Clostridium, bakteri pereduksi sulfat/sulfur. Sulfolobus acidocaldarius: suhu 65-95 o C.
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 H 2 S.
* Interaksi antar berbagai macam populasi mikroba Interaksi: pengaruh positif, negatif, atau tidak ada pengaruh antar populasi mikroba.