Mikrobiologi UmumMikrobiologi Umum

Yan RamonaYan RamonaLaboratorium Biosain dan BioteknologiLaboratorium Biosain dan Bioteknologi

Universitas UdayanaUniversitas Udayana

Konsep-konsep penting metabolisme Konsep-konsep penting metabolisme pada organisme prokaryota pada organisme prokaryota

Metabolisme: Keseluruhan proses Metabolisme: Keseluruhan proses biokimia yang terjadi pada biokimia yang terjadi pada tubuh mahluk hidup.tubuh mahluk hidup.

Katabolisme (dihasilkan energi melalui Katabolisme (dihasilkan energi melalui proses pemecahan senyawa kompleks proses pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana)menjadi senyawa yang lebih sederhana)

Anabolisme (diperlukan energi untuk sintesa Anabolisme (diperlukan energi untuk sintesa senyawa kompleks dari senyawa yang lebih senyawa kompleks dari senyawa yang lebih sederhana)sederhana)

Energi yang dihasilkan dan diperlukan: ATPEnergi yang dihasilkan dan diperlukan: ATP

Bagan 1: Proses metabolisme pada Bagan 1: Proses metabolisme pada mahluk hidupmahluk hidup

katabolisme

anabolisme

Molekul kompleks Molekul sederhana + EnergiMetabolisme

Senyawa kompleks sebagai sumber energi Senyawa kompleks sebagai sumber energi selulerseluler

Karbohidrat (Sumber C,H,O)Karbohidrat (Sumber C,H,O)

Lemak (Sumber C,H,O)Lemak (Sumber C,H,O)

Protein (Sumber C,H,O,N,S)Protein (Sumber C,H,O,N,S)

Senyawa tambahan (growth factors):Senyawa tambahan (growth factors):– Vitamin, purin, pirimidin (umumnya tidak Vitamin, purin, pirimidin (umumnya tidak

disintesis oleh bakteri)disintesis oleh bakteri)

Transport elektron sebagai konsekuensi Transport elektron sebagai konsekuensi dari proses metabolismedari proses metabolisme

Ada senyawa yang kehilangan elektron Ada senyawa yang kehilangan elektron (teroksidasi)(teroksidasi)

Ada senyawa yang menerima elektron Ada senyawa yang menerima elektron (tereduksi)(tereduksi)

Elektron yang ditransfer: elektron yang dibawa Elektron yang ditransfer: elektron yang dibawa oleh atom hidrogenoleh atom hidrogen

Dalam reaksi aerob, elektron akan diikat oleh Dalam reaksi aerob, elektron akan diikat oleh OO22 (akseptor eletron terminal), sehingga (akseptor eletron terminal), sehingga

terbentuk Hterbentuk H22OO

Bagan 2: transport elektron pada reaksi Bagan 2: transport elektron pada reaksi aerobaerob

Gliseraldehid-3-posfat 1,3-asam diposfogliserat

(Oks.)NAD NADH (Red.)

FADH FAD

Red FeS Oks.

ADP

ATP

Continued

P

Bagan 2: ContinuedBagan 2: Continued

Cyt B

Cyt C

Cyt A

H2O O2

ADP

ATP

ADP

ATP

Red Oks

OksRed

Oks.Red

Metabolisme merupakan untaian reaksi Metabolisme merupakan untaian reaksi biokimia (metabolic pathway) yang biokimia (metabolic pathway) yang

melibatkan biokatalis (enzim)melibatkan biokatalis (enzim)

Enzim:Enzim:

-Protein fungsional-Protein fungsional

-Mempercepat laju reaksi tanpa -Mempercepat laju reaksi tanpa mengalami perubahan struktur.mengalami perubahan struktur.

-Reaksi berlangsung pada suhu tubuh-Reaksi berlangsung pada suhu tubuh

-Menurunkan energi aktivasi-Menurunkan energi aktivasi

-Memiliki site aktif specifik pada substrat-Memiliki site aktif specifik pada substrat

-Derajat spesifisitasnya sangat tinggi-Derajat spesifisitasnya sangat tinggi

Banyak enzim memerlukan Ko-enzim dan Banyak enzim memerlukan Ko-enzim dan Ko-faktor untuk melakukan aktivitasnyaKo-faktor untuk melakukan aktivitasnya

Ko-enzim:Ko-enzim:Molekul organik yang terikat Molekul organik yang terikat lemah pada suatu enzim, seperti Co-A, lemah pada suatu enzim, seperti Co-A, NAD, FAD.NAD, FAD.

Ko-faktor: Molekul anorganik yang terikat Ko-faktor: Molekul anorganik yang terikat pada suatu enzim, biasanya berupa ion-pada suatu enzim, biasanya berupa ion-ion logam, seperti Mg, Fe, dll.ion logam, seperti Mg, Fe, dll.

Keduanya merupakan komponen non Keduanya merupakan komponen non protein dari suatu enzimprotein dari suatu enzim

Fungsi: meningkatkan kecocokan ikatan Fungsi: meningkatkan kecocokan ikatan antara enzim dengan substratnya.antara enzim dengan substratnya.

Bagan enzim dengan Ko-enzim dan Bagan enzim dengan Ko-enzim dan Ko-faktorKo-faktor

cofactor

Apoenzyme

Substrate

Active siteCoenzyme

Alosteric site

Holoenzyme

Inhibisi enzimInhibisi enzim Inhibisi kompetitifInhibisi kompetitif

Substrat dan inhibitor mempunyai struktur yang Substrat dan inhibitor mempunyai struktur yang serupaserupa

Subtrat dan inhibitor mempunyai chance yang Subtrat dan inhibitor mempunyai chance yang sama untuk berikatan pada “active site” enzim.sama untuk berikatan pada “active site” enzim.

Sifat ikatan enzim dengan inhibitor adalah Sifat ikatan enzim dengan inhibitor adalah ‘Reversible’‘Reversible’

Efek inhibitor pada aktivitas enzim dapat ditekan Efek inhibitor pada aktivitas enzim dapat ditekan dengan cara meningkatkan konsentrasi substratdengan cara meningkatkan konsentrasi substrat

Inhibisi non-KompetitifInhibisi non-Kompetitif Inhibitor berikatan pada enzim diluar ‘active site’Inhibitor berikatan pada enzim diluar ‘active site’ Ikatan antara enzim dan inhibitor: ‘Irreversible’Ikatan antara enzim dan inhibitor: ‘Irreversible’ Ikatan terjadi pada gugus alosterik enzimIkatan terjadi pada gugus alosterik enzimAkibat ikatan: konformasi ‘active site’ enzim Akibat ikatan: konformasi ‘active site’ enzim

berubahberubah

Faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas Faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzimenzim

pH dan temperaturpH dan temperatur

Konsentrasi substratKonsentrasi substrat

Konsentrasi produkKonsentrasi produk

Konsentrasi enzimKonsentrasi enzim

GlikolisisGlikolisis

Degradasi 1 molekul glukosa menjadi 2 molekul asam Degradasi 1 molekul glukosa menjadi 2 molekul asam piruvat (tanpa memerlukan Opiruvat (tanpa memerlukan O22))..

Merupakan jalur paling umum pada organisme heterotrop.Merupakan jalur paling umum pada organisme heterotrop.

Dapat berlangsung dalam keadaan aerob (ada ODapat berlangsung dalam keadaan aerob (ada O22) atau ) atau

anaerob (tidak ada Oanaerob (tidak ada O22))

Terdiri dari 4 fase penting:Terdiri dari 4 fase penting:– Substrat level phosphorilationSubstrat level phosphorilation– Pemecahan molekul dari 6 atom C menjadi 3 atom C.Pemecahan molekul dari 6 atom C menjadi 3 atom C.– Transfer elektron dari senyawa intermediate pada Ko-enzim.Transfer elektron dari senyawa intermediate pada Ko-enzim.– Reaksi yang menghasilkan energi (ATP dari ADP)Reaksi yang menghasilkan energi (ATP dari ADP)

Secara keseluruhan dihasilkan 2 ATP (Net).Secara keseluruhan dihasilkan 2 ATP (Net).

FermentasiFermentasiAsam piruvatAsam laktat

Asam butiratButanolAlkoholEthanol+CO2

Ethanol +CO2

Asam asetatAsam suksinatEthanolCO2 dan H2O

Asam propionatAsam asetatCO2

ButyleneGlycol

Fermentasi yang paling umumFermentasi yang paling umum

1. Homolactic fermentation

Asam piruvat Asam laktat

NADH NAD

2. Alcoholic fermentation2. Alcoholic fermentation

Asam piruvat Acetaldehide Ethanol

CO2

NADH NAD

Respirasi aerob melalui daur asam Respirasi aerob melalui daur asam sitrat (Krebs)sitrat (Krebs)

Proses yang menghasilkan energi dalam jumlah yang Proses yang menghasilkan energi dalam jumlah yang jauh lebih besar daripada proses Fermentasi.jauh lebih besar daripada proses Fermentasi.

Asam piruvat dari glikolisis diumpankan ke dalam Asam piruvat dari glikolisis diumpankan ke dalam daur Krebs (dioksidasi lebih lanjut menjadi COdaur Krebs (dioksidasi lebih lanjut menjadi CO22 dan dan

HH22O).O).

Asam piruvat diubah dulu menjadi asetil Co-A:Asam piruvat diubah dulu menjadi asetil Co-A:

Asam piruvat Acetil Co-A

Co-ACO2NAD

NADH

Respirasi aerobRespirasi aerob

Electron transport chainElectron transport chainNAD NADH

FADH FAD

ADP

ATP

Teroksidasi TereduksiFeS

Tereduksi TeroksidasiCyt B

Tereduksi Teroksidasi

ADP

ATPCyt C

Electron transport chain (continued)Electron transport chain (continued)

Tereduksi TeroksidasiCyt C

Teroksidasi Tereduksi

O2H2O

ADP

ATP

Cyt A

Jalur anaplerotikJalur anaplerotik

Glukosa

PEP

Asam Piruvat

Acetil Co-A

OAA

Krebscycle

Jalur metabolisme yangJalur metabolisme yang menggunakan menggunakan substrat lain(lemak, Protein)substrat lain(lemak, Protein)

Lemak: dipecah menjadi gliserol dan asam lemak.Lemak: dipecah menjadi gliserol dan asam lemak.

– Gliserol masuk ke dalam jalur glikolisis Gliserol masuk ke dalam jalur glikolisis setelah diubah terlebih dahulu menjadi setelah diubah terlebih dahulu menjadi gliseraldehida-3-P.gliseraldehida-3-P.

– Asam lemak: masuk siklus Krebs setelah Asam lemak: masuk siklus Krebs setelah melalui alpha dan betta oksidasi yang melalui alpha dan betta oksidasi yang menghasilkan Acetil Co-A.menghasilkan Acetil Co-A.

Jalur metabolisme yangJalur metabolisme yang menggunakan menggunakan substrat lain(lemak, Protein) Cont….substrat lain(lemak, Protein) Cont….

Metabolisme Protein: mula2 dipecah menjadi asam-asam amino,Kemudian masuk dalam daur Krebs melalui jalur2 sbb:

Soal 2Soal 2

Suatu species fungi dapat menggunakan glukosa dan menghasilkan Suatu species fungi dapat menggunakan glukosa dan menghasilkan ATP dengan 2 cara:ATP dengan 2 cara:

– Aerobik: CAerobik: C66HH1212OO66 + 6O + 6O22 === === 6 CO 6 CO22 + 6H + 6H22OO

– Anaerobik: CAnaerobik: C66HH1212OO66 == == 2C 2C22HH55OH + 2 COOH + 2 CO22

Fungus ini ditumbuhkan dalam medium yang mengandung glukosa. Fungus ini ditumbuhkan dalam medium yang mengandung glukosa. Separoh dari ATP dihasilkan melalui porses aerob. Dari data Separoh dari ATP dihasilkan melalui porses aerob. Dari data tersebut, tentukanlah:tersebut, tentukanlah:

a.a. Ratio antara kecepatan katabolisme glukosa melalui proses Ratio antara kecepatan katabolisme glukosa melalui proses aerob dan anaerobaerob dan anaerob

b.b. Konsumsi Oksigen yang diharapkan (mol per mol glukosa yang Konsumsi Oksigen yang diharapkan (mol per mol glukosa yang dikonsumsi)dikonsumsi)

c.c. COCO22 yang dibebaskan (mol per mol glukosa yang dikonsumsi) yang dibebaskan (mol per mol glukosa yang dikonsumsi)

Untuk perhitungan, anggap bahwa glukosa difermentasi melalui jalur Untuk perhitungan, anggap bahwa glukosa difermentasi melalui jalur glikolisis dan berjalan dengan efisiensi maksimum!.glikolisis dan berjalan dengan efisiensi maksimum!.