mikrobiologi

KELOMPOK MIKROBA

Ada beberapa kelompok mikroba yang penting yang perlu diketahui morfologi, sifat, struktur dan perkembangbiakannya. Diantaranya yaitu : bakteri, fungi/kapang (mold) dan khamir (yeast).
a) Bakteri
Sumber           : Terdapat secara luas di alam yang berhubungan dengan hewan, tumbuh-tumbuhan, udara, air dan tanah.
Morfologi         : - Uniseluler (bersel tunggal)
                           - Ukuran : panjang = 0,5-10 mm; lebar =  0,5-2,5 mm.
                           – Bentuk sel : coccus (bulat), bacillus (batang/basil), spirillium     (spiral) dan vibrios (koma/vibrio).
Struktur           : - Prokariotik
                         – Tidak memiliki membran di dalam sitoplasma
                         - Beberapa memiliki flagella (rambut cambuk), capsul (kapsul) dan     endospora.
Perkembangbiakan : Aseksual dengan pembelahan biner.
Peranan          : Agen penyubur tanah, bermanfaat dalam industri pembuatan senyawa penting (semisal alkohol), mengolah makanan, penyebab penyakit, pembusuk bahan makanan, dll

Gambar 1 : Bakteria dan macamnya

b) Kapang (Mold)
Sumber           : Biasanya terdapat pada tempat-tempat lembab, semisal kertas koran yang basah, dinding-dinding basah, buah-buahan membusuk dan bahan pangan lainnya
Morfologi :       – Multiseluler (bersel banyak)
                        – Ukuran : mikroskopis sampai makroskopis
                        – Bentuk : benang-benang.
Struktur :        – Eukariotik
                   – Memiliki dinding sel yang kaku
                        – Terdiri dari hifa (kumpulan benang-benang).
                        – Kumpulan hifa membentuk miselium.
                        – Beberapa memiliki septa (penyekat) pada hifa.
Perkembangbiakan : Seksual dan Askesual (spora).
Peranan          : Dekomposisi (penghancuran) material, penghasil penisilin (antibiotik), penyebab penyakit, dll.

Gambar 2 : Kapang (Mold)

c) Khamir (Yeast)
Sumber           : Lingkungan yang berkadar gula dan pH rendah, seperti buah-buahan dan sirup.
Morfologi :       – Uniseluler (bersel tunggal).
                        – Ukuran 5-20 mm. (5-10 x lebih besar dari bakteri).
                        – Bentuk sel : Pseudomiselium .
Struktur :        – Eukariotik.
                   – Memiliki dinding sel yang serupa dengan bakteri.
                        - Sitoplasma memiliki inti bebas (discrete nucleus).
                        – Memiliki vakuola yang berisi sejumlah besar cairan.
Perkembangbiakan : Aseksual dengan tunas.
Peranan          : Fermentasi alkoholik pada bir, tape, nata dll.

Gambar 3 : Ragi (Yeast)

METABOLISME

1. Sel mengekstraksi energi dari lingkungan
   autotrof  : mengambil energi dari sinar matahari pada proses fotosintesis  ® tumbuh-tumbuhan dan mikroorganisme berkhlorofil.
   heterotrof : mengambil molekul berenergi/organik dari substrat/makanan diantaranya dari sel autotrof.
2. Sel mensintesis makromolekul untuk menunjang  aktifitas hidupnya (gerak dinamik, pembelahan sel, reaksi-reaksi spesifik

Kedua proses tsb dilakukan melalui reaksi-reaksi yang terintgrasi & terorganisasi ® metabolisme

Metabolisme : keseluruhan reaksi yang terjadi di dalam sel, meliputi proses penguraian & sintesis molekul kimia yang menghasilkan & membutuhkan panas (enegi) serta dikatalisis oleh enzim

Metabolisme meliputi:
1) jalur sintesis (anabolisme/endorgenik)
    Þ menggabungkan molekul-molekul kecil menjadi  makromolekul yang lebih   kompleks; memerlukan
    energi yang disuplai dari hidrolisis ATP
2) jalur degradatif (katabolisme/eksorgenik) 
    Þ memecah molekul kompleks menjadi molekul
    yang lebih sederhana; melepaskan energi yang  
    dibutuhkan untuk mensintesis ATP.

Glikolisis merupakan jalur, dimana pemecahan D-glukosa yang dioksidasi menjadi piruvat yang kemudian dapat direduksi menjadi laktat. Jalur ini terkait dengan metabolisme glikogen lewat D-glukosa 6-fosfat. Glikolisis bersangkutan dengan hal-hal berikut :

1. Pembentukan ATP dalam rangkaian ini molekul glukosa dioksidasi sebagian.
2. Produksi piruvat
3. Pembentukan senyawa antara bagi proses-proses biokimiawi lain misalnya, gliserol 3-fosfat. Untuk biosintesis trigliserid dan fosfolipid, 2, 3–bisfosfogliserat dalam eritrosit, piruvat untuk biosintesis L–alanin, dan sebagainya.

GLIKOLISIS

Glikolisis dapat berlangsung dalam keadaan aerob, bila sediaan oksigen cukup untuk mempertahankan kadar NAD+ yang diperlukan, atau dalam keadaan anaerob (hipoksik), bila kadar NAD+ tidak dapat dipertahankan lewat sistem sitokrom mitokondrial dan bergantung pada usaha temporer perubahan piruvat menjadi laktat. Glikolisis anaerob, yang menaruh kepercayaan temporer pada piruvat merupakan usaha tubuh dalam menantikan pulihnya kecukupan oksigen. Dengan demikian glikolisis merupakan keadaan ini disebut hutang oksigen.

Lintasan glikolisis yang paling umum adalah lintasan Embden-Meyerhof-Parnas (bahasa Inggris: EMP pathway), yang pertama kali ditemukan oleh Gustav Embden, Otto Meyerhof dan Jakub Karol Parnas. Selain itu juga terdapat lintasan Entner–Doudoroff yang ditemukan oleh Michael Doudoroff dan Nathan Entner terjadi hanya pada sel prokariota, dan berbagai lintasan heterofermentatif dan homofermentatif.

Ringkasan reaksi glikolisis pada lintasan EMP adalah sebagai berikut^]

Sedangkan ringkasan reaksi dari glikolisis, siklus asam sitrat dan fosforilasi oksidatif adalah^]

RESPIRASI

Respirasi sel, juga dikenal sebagai ‘metabolisme oksidatif’, adalah salah satu cara kunci sel berguna mendapatkan energi. Ini adalah himpunan reaksi metabolik dan proses-proses yang terjadi dalam organisme ‘biokimia sel untuk mengubah energi dari nutrisi menjadi adenosin trifosfat (ATP), dan kemudian melepas produk-produk limbah. Reaksi respirasi yang terlibat dalam reaksi katabolik yang melibatkan oksidasi satu molekul dan pengurangan lain.

Nutrisi biasa digunakan oleh sel-sel hewan dan tumbuhan dalam respirasi termasuk glukosa, asam amino dan asam lemak, dan agen oksidasi yang umum (penerima elektron) adalah molekul oksigen (O2). Bakteri dan archaea juga dapat lithotrophs dan organisme ini dapat bernafas menggunakan berbagai molekul anorganik sebagai donor dan akseptor elektron, seperti belerang, ion logam, methane atau hidrogen. Organisme yang menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron terakhir dalam digambarkan sebagai respirasi aerobik, sedangkan mereka yang tidak disebut sebagai anaerobik .

Energi yang dilepaskan dalam respirasi digunakan untuk mensintesis ATP untuk menyimpan energi ini. Energi yang tersimpan dalam ATP kemudian dapat digunakan untuk mendorong proses-proses yang membutuhkan energi, termasuk biosintesis, gerak atau pengangkutan molekul melintasi membran sel.

AEROBIC DAN ANAEROBIC

Respirasi aerobik memerlukan oksigen untuk menghasilkan energi (ATP). Meskipun karbohidrat, lemak, dan protein dapat semua akan diproses dan dikonsumsi sebagai pereaksi, itu adalah metode paling disarankan untuk pemecahan dari glikolisis piruvat dan piruvat mensyaratkan bahwa mitokondria masukkan agar dapat sepenuhnya dioksidasi oleh siklus Krebs. Produk dari proses ini adalah energi dalam bentuk ATP (adenosin trifosfat), oleh fosforilasi tingkat substrat, NADH dan FADH2.

Sederhana reaksi: C6H12O6 (aq) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 6 H2O (l)
ΔG = -2.880 kJ per mol C6H12O6

ΔG negatif menunjukkan bahwa produk-produk dari proses kimia toko sedikit energi dari reaktan dan reaksi dapat terjadi secara spontan; Dengan kata lain, tanpa sebuah input energi.

Potensi yang mengurangi NADH dan FADH2 dikonversi menjadi lebih ATP melalui rantai transpor elektron dengan oksigen sebagai “terminal akseptor elektron”. Sebagian besar ATP dihasilkan oleh respirasi sel aerobik dibuat oleh fosforilasi oksidatif. Ini bekerja dengan energi yang dilepaskan dalam konsumsi piruvat yang digunakan untuk menciptakan potensi kemiosmotik oleh memompa proton melintasi membran. Potensi ini kemudian digunakan untuk menggerakkan ATP sintase dan memproduksi ATP dari ADP.

Proses respirasi aoerob :
1. Glikosis
2. Dekarbosilasi oksidatif
3. Siklus Krebs
4. Transfer elektron

Respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak memerlukan oksigen ( O₂ ).
Respirasi anaerob terjadi pada sitoplasma.
Respirasi anaerob terjadi untuk penguraian senyawa organik.
Respirasi anaerob menghasilkan energi yang lebih kecil.
Respirasi anaerob menghasilkan 2 ATP.
Proses respirasi anaerob :
1. Fermentasi.
2. Pernafasan intramolekul.

Pada kebanyakan tumbuhan den hewan respirasi yang berlangsung adalah respirasi aerob, namun demikian dapat saja terjadi respirasi aerob terhambat pada sesuatu hal, maka hewan dan tumbuhan tersebut
melangsungkan proses fermentasi yaitu proses pembebasan energi tanpa adanya oksigen, nama lainnya adalah respirasi anaerob.

FERMENTASI

Dari hasil akhir fermentasi, dibedakan menjadi fermentasi asam laktat/asam susu dan fermentasi alkohol.

A. Fermentasi Asam Laktat
Fermentasi asam laktat yaitu fermentasi dimana hasil akhirnya adalah asam laktat. Peristiwa ini dapat terjadi di otot dalam kondisi anaerob.

Reaksinya: C6H12O6 ————> 2 C2H5OCOOH + Energi
enzim

Prosesnya :
1. Glukosa ————> asam piruvat (proses Glikolisis).
enzim
C6H12O6 ————> 2 C2H3OCOOH + Energi

2. Dehidrogenasi asam piravat akan terbentuk asam laktat.
2 C2H3OCOOH + 2 NADH2 ————> 2 C2H5OCOOH + 2 NAD
piruvat
dehidrogenasa

Energi yang terbentak dari glikolisis hingga terbentuk asam laktat :
8 ATP — 2 NADH2 = 8 - 2(3 ATP) = 2 ATP.

B. Fermentasi Alkohol
Pada beberapa mikroba peristiwa pembebasan energi terlaksana karena asam piruvat diubah menjadi asam asetat + CO2 selanjutaya asam asetat diabah menjadi alkohol.
Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, bandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa mampu menghasilkan 38 molekul ATP.

Reaksinya :
1. Gula (C6H12O6) ————> asam piruvat (glikolisis)
2. Dekarbeksilasi asam piruvat.

Asampiruvat ————————————————————> asetaldehid + CO2.
piruvat dekarboksilase (CH3CHO)
3. Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol
(etanol).
2 CH3CHO + 2 NADH2 —————————————————> 2 C2HsOH + 2 NAD.
alkohol dehidrogenase
enzim
Ringkasan reaksi :
C6H12O6 —————> 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 NADH2 + Energi

C. Fermentasi Asam Cuka
Fermentasi asam cuka merupakan suatu contoh fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter aceti) dengan substrat etanol.
Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol secara anaerob.
Reaksi:
aerob
C6H12O6 —————> 2 C2H5OH ———————————————> 2 CH3COOH + H2O + 116 kal
(glukosa) bakteri asam cuka asam cuka

TCA CYCLE

Siklus asam sitrat (Siklus Krebs atau Siklus TCA) adalah suatu urutanreaksi-reaksi kimia yang rapi dan bagus, digunakan oleh sel untuk mengubahkarbon dari asetat menjadi karbon dioksida dan untuk menghasilkan energi.Asetil-CoA memasuki siklus, dan akhirnya reaksi-reaksi menghasilkan duamolekul karbon dioksida. Di dalam proses ini, sel menghasilkan NADH + H+ danmolekul-molekul lain yang terkait yang akhirnya digunakan membentuk banyakATP.

FUNGSI TCA CYCLE
( SIKLUS ASAM SITRAT )
Fungsi utama dari siklus asam sitrat ( TCA CYCLE ) adalah :
1. Oksidasi asetil KoA menjadi CO2, H2O dan energi (1 mol asetil KoA menghasilkan 12 mol ATP oleh karena daur ini banyak melepas H+ dan elektron yg akan masuk rantai respirasi)
2. Anggota TCA cycle bersifat amfibolik, artinya :
dapat dioksidasi lebih lanjut menjadi energi, atau disintesis menjadi senyawa lain
ANGGOTA TCA CYCLE BERSIFAT AMFIBOLIK
A. Dapat dioksidasi lebih lanjut menjadi energi
* katabolisme asam amino anggota tca cycle energi
* oksidasi beta asam lemak asetil KoA anggota siklus krebs energi
* oksidasi glukosa piruvat asetil KoA anggota siklus krebs energi
• Dapat disintesis menjadi senyawa lain, misalnya menjadi :
* glukosa (melalui glukoneogenesis)
* asam amino tertentu
* asam lemak (lipogenesis)

ELECTRON TRANSPORT CHAIN

Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob. Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal. Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria. Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH2, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs. Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a. 

Pertama-tama, NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q. Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH2 melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H+. Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. Energi yang dihasilkan dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian sitokrom c mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron. Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H2O). Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP. Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP.

Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH dan FADH2 sebanyak 10 dan 2 molekul. Dalam transpor elektron ini, kesepuluh molekul NADH dan kedua molekul FADH2 tersebut mengalami oksidasi sesuai reaksi berikut.Reaksi Oksidasi yang Terjadi Pada Transpor Elektron Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP, dan kira-kira 2 ATP untuk setiap oksidasi FADH2. Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP. Ditambah dari hasil glikolisis dan siklus Krebs, maka secara keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul glukosa. Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP.

CHEMIOSMOSIS

Kemiosmosis merupakan suatu mekanisme pengkopelan energi dengan menggunakan energi yang tersimpan dalam bentuk gradien H⁺ untuk menggerakkan kerja seluler. Pada mitokondria, energi untuk pembentukan gradien berasal dari reaksi redoks eksergonik dan sintesis ATP merupakan kerja yang dilakukan. Tetapi kemiosmosis juga terjadi di tempat lain, dan beraneka ragam.

Sebelumnya, Rosenberg mendefinisikan sebuah proses yang menyebabkan perpindahan suatu substansi dari sebuah area yang mempunyai energi potensial elektrokimiawi lebih rendah menuju ke tempat dengan energi potensial yang lebih tinggi, sebagai transpor aktif. Perpindahan bak menentang arus gradien potensial elektrokimiawi ini, memerlukan asupan energi dan mekanisme kopling agar asupan energi tersebut dapat menggerakkan perpindahan substansi.

Oleh karena definisi Rosenberg dianggap memiliki beberapa titik kelemahan, Peter Dennis Mitchell membuat definisi ulang yang disebut facilitated diffusion, yaitu perpindahan substansi secara sekunder yang tidak terkait langsung dengan reaksi kimiawi maupun metabolis, antara dua titik yang dipisahkan oleh halangan osmotik yang memiliki simpor atau kotranspor pada halangan tersebut. Reaksi pada simpor tersebut berusaha mencapai titik ekuilibrium, sehingga arah perindahan dari satu substansi pada simpor akan menyebabkan substansi lain bergerak ke arah yang sama, walaupun hal tersebut berarti bergerak melawan arus energi potensial elektrokimiawi.

Kloroplas menggunakan kemiosmosis untuk menghasilkan ATP selama fotosintesis dalam organel ini, cahaya (dan bukannya energi kimiawi) menggerakkan aliran elektron menuruni rantai transpor elektron dan pembentukan gradien H⁺. Prokariot yang tidak memiliki mitkondria dan kloroplas menghasilkan fradien H⁺ melintasi membran plasmanya.^[ Gradien ini kemudian menangkap gaya gerak proton tidak saja untuk membuat ATP tetapi juga memompakan nutrien dan produk limbah menlintasi membran dan untuk memutar flagela.

                                               

           

NAMA      : ADIWIRA SANDRIKANATA

NIM           : 105080303111002

KELAS     : C

 

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG