BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Mikroba telah lama dan banyak dimanfaatkan oleh umat manusia dalam berbagai macam hal, seperti pengolahan makanan, minuman dan proses pengolahan sebagian obat-obatan, seperti antibiotik, hormon, dan sebagainya.

Bakteri memproduksi produk-produk yang diperdagangkan manusia seperti alkohol, yogurth, tempe, nata de coco, dan sebagainya itu melalui serangkaian reaksi metabolisme panjang.

Maka makalah ini akan membahas mengenai metabolisme, berbagai proses yang terjadi selama metabolisme. Bakteri-bakteri yang berjasa dalam terbentuknya produk dari hasil metabolisme.

B.     Rumusan Masalah

1.      Apa yang dimaksud dengan Anabolisme dan katabolisme mikroba ?

2.      Apa saja Respirasi seluler aerob dan anaerob ?

3.      Bagaimana sintesis gula, amino, asam nukleat dan peptidoglikan ?

4.      Apa yang dimaksud dengan konsep fermentasi ?

5.      Apa saja pengelompokan fermentasi ?

6.      Bagaimanakah jalur fermentasi ?

7.      Apa saja teknologi fermentasi ?

C.    Tujuan

1.      Untuk mengetahui Apa yang dimaksud dengan Anabolisme dan katabolisme mikroba

2.      Untuk mengetahui Apa saja Respirasi seluler aerob dan anaerob

3.      Untuk mengetahui bagaimana sintesis gula, amino, asam nukleat, dan peptidoglikan

4.      Untuk mengetahuiapa yang dimaksud dengan konsep fermentasi

5.      Untuk mengetahuiapa saja pengelompokan fermentasi

6.      Untuk mengetahui bagaimanakah jalur fermentasi

7.      Untuk mengetahui apa saja teknologi fermentasi

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Anabolisme dan Katabolisme Mikroba

1.      Defenisi metabolisme

Metabolisme adalah keseluruhan proses reaksi enzim dan kimiawi dalam sel. Metabolism dapat dibedakan menjadi dua yakni metabolism primer dan sekunder. Metabolisme primer adalah metabolisme yang selalu dilakukan oleh semua organism yang ada di alam. Sedangkan metabolism sekunder hanya dilakukan oleh organism tertentu dan menghasilkan zat tertentu pula.

Metablisme primer terdapat dibesar organisme. Keduanya terlibat menghasilkan energi metabolisme, disebut katabolisme dan anabolisme. Produk dari metabolisme primer seperti alkohol, asam amino, asam organik, nukleotida, enzim dan mikroba sel (biomassa).

Sedangkan metabolism sekunder hanya dilakukan oleh organism tertentu dan menghasilkan zat tertentu pula. Metabolisme sekunder menghasilkan produk yang beragam dan spesifik seperti alkaloid, antibiotik, racun dan beberapa pigmen. Metabolit sekunder tertentu dapat memberikan suatu ekologi keuntungan, sedangkan yang lain tidak memiliki nilai nyata untuk organisme yang memproduksinya.

2.      Katabolisme

Katabolisme merupakan reaksi yang menghasilkan energi dengan memecah molekul kompleks menjadi molekul sederhanan. Proses ini juga disebut exergonic (menghasilkan energi) (McKane and Judy Kandel,1950).

Semua sel mikoba memerlukan energi secara kontinou untuk proses yang terkait terkait dengan pertumbuhan, transportasi, gerakan dan pemeliharaan. Pada chemoheterotrophic mikroorganisme, energi organik Sumber yang diperoleh dari lingkungan dan kemudian ditransformasikan oleh serangkaian enzim yang mengendalikan reaksi dalam jalur metabolik. Katabolisme menghasilkan generasi energi potensial dalam bentuk adenosin 5’-trifosfat (ATP) dan reduksi Koenzim, seperti nikotinamida adenin dinukleotida (NADH),  nicotinamide adenin dinukleotida fosfat (NADPH) dan flavin adenin dinukleotida (FADH2), dan panas. Mikroorganisme memiliki keragaman dalam proses metabolisme untuk menghasilkan ATP dan koenzim tereduksi (Waiter, Michel J. At all, 2001).

3.      Anabolisme

            Anabolisme adalah suatu proses reaksi kimia yang membentuk suatu molekul besar dari molekul yang lebih kecil. Dan selama proses anabolisme membutuhkan energy dalam reaksinya.  Atau dapat dikatakan segala bentuk sintesa dalam mikroorganisme.

Proses metabolisme mikroorganisme dapat dibedakan menjadi dua berdasarkan sumber energinya yaitu fototrof dan kemotrof. Sedangkan apabila berdasarkan kemampuan mendapat sumber karbonnya menjadi dua juga yaitu Autotrof dan heterotrof.

Mikroorganisme fototrof adalah mikroorganisme  yang menggunakan cahaya sebagai sumber energi utamanya. Fototrof dibagi menjadi dua yakni: fotoautotrof dan Fotoheterotrof.

a.       Fotoautotrof

Organisme yang termasuk fotoautrotrof melakukan fotosintesis. Sedangkan fotosintesis adalah proses mensintesis senyawa organik kompleks dari unsur-unsur anorganik dengan menggunakan energi cahaya matahari. Fotosintesis tidak hanya dilakukan oleh tumbuhan namun juga dilakukan oleh mikroba. Mikroba yang melakukan fotosintesis seperti Cyanobacteria, serta beberapa jenis algae. Pada  Reaksi umum yang terjadi dpat dituliskan sebagai berikut :

6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 + 6O2

dalam fotosintesis terjadi dua tahapan reaksi terang dan reaksi gelap. Reaksi terang atau fosforilasi reaksi ini terjadi di tilakoid dan reaksi gelap terjadi di dalam stromokloroplas.

1)      Reaksi terang

Pada reaksi terang ADP menjadi ATP dan pada reaksi terang terjadi reduksi NADH sebagai pembawa elektron menjadi NADPH. pada reaksi ini terjadi penyerapan cahaya matahari oleh klorofil. Reaksi terang atau fotofosforilasi dibagi menjadi dua yakni fotofosforilasi siklik dan fotofosforilasi nonsiklik. Fosforilasi siklik atau dukenal pula sebagai fotosistem 1. fotositem ini sangat peka dengan gelombang cahay yang memiliki panjang 700nanometer maka disebut sebagai P700. Pada fotosistem ini elektron kembali lagi ke dalam fotosistem. Fotofosforilasi siklik merupakan proses yang sangat sering diketemukan, elektron yang terlepas tidak kembali lagi melainkan membentuk NADPH. Dan elektron yang hilang tersebut digantikan oleh elektron yang terbentuk pada saat oksidasi H2O atau  dari unsur-unsur yang mudah teroksidasi seperti H2S. Hasil dari reaksi terang adalah ATP yang terbentuk melalui proses chemiosmosis,  O2, NADPH.  Setelah reaksi

2)      Reaksi gelap

Setelah reaksi terang maka berikutnya adalah reaksi gelap. Reaksi ini disebut reaksi gelap karena tidak membutuhkan cahaya. Didalam reaksi ini terjadi fiksasi CO2 pada siklus calvin, dimana CO2 di fiksasi oleh  RuBP kemudian membentuk asam fosfogliserat hingga membentuk glukosa. Setelah terbentuk glukosa RuBP diregenerasi untuk fiksasi CO2 untuk lebih jelas lihat gambar dibawah.

b.      Fotoheterotrof

Fotoherotrof adalah kelompok kecil bakteri yang menggunakan energi cahaya tapi membutuhkan zat organik seperti alkohol, asam lemak, atau karbohidrat sebagai sumber karbon. Organisme ini meliputi bakteri non-sulfur, bakteri ungu, dan hijau.

Mikroorganisme kemotrof, mikroorganisme ini bergantung kepada reaksi oksidasi dan reduksi akan zat anorganik atau organik sebagai sumber energi mereka.

Mikroorganisme kemotrof dibagi menjadi dua yakni kemoautotrop dan kemoheterotrop.

ü  Kemoautotrof

adalah organisme Kemotrof yang sumber karbonnya berasal dari CO2, contohnya adalah carbon monoxide oxidizing bacteria. Chemoheterotrof adalah organisme chemotrof yang sumber karbonnya dari senyawa-senyawa organik.

ü  Kemoheterotrof

dibagi menjadi dua lagi berdasar akseptor elektron terakhirnya. Apabila akseptor terakhirnya adalah O2 contohnya adalah hewan dan hampir semua fungi, protozoa, serta bacteria. Apabila akseptor terakhirnya bukan O2 adalah Streptococcus sp dan Clostridium sp.

B.     Respirasi Seluler aerob dan anaerob

1.      Respirasi

Respirasi merupakan proses terjadinya pembongkaran suatu zat makanan sehingga menghasilkan energi yang diperlukan oleh mikroorgnisme tersebut. Jika oksigen yang diperlukan dalam proses respirasi maka disebut respirasi aerob.Ada juga spesies bakteri yang mampu melakukan respirasi tanpa adanya oksigen, maka peristiwa itu disebut respirasi anaerob (dwidjoseputro D.,1981).

2.      Respirasi aerob

Respirasi aerob merupakan serangkaian reaksi enzimatis yang mengubah glukosa secara sempurna menjadi CO₂, H₂O dan menghasilkan energi. Menurut penyelidikan energi yang terlepas sebagai hasil pembakaran 1 grammol glukosa adalah 675 Kkal. Dalam respirasi aerob, glukosa dioksidasi oleh oksigen, dan reaksi kimianya dapat digambarkan sebagai berikut:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ —-> 6 CO₂ + 12 H₂O + 675 Kkal (Dwidjoseputro D.,1981).

Dalam kenyataan reaksi yang terjadi tidak sesederhan itu. Banyak tahap reaksi yang terjadi dari awal hingga terbentuknya energi. Reaksi-reaksi tersebut dibedakan menjadi tiga tahap yakni glikolisis, siklus kreb (the tricarboxylic acid cycle) dan tranfer elektron.

a.       Glikolisis

Glikolisis adalah serangkaian reaksi enzimatis yang memecah glukosa (terdiri dari 6 atom C) menjadi dua molekul asam piruvat (terdiri dari 3 atom C). Glikolisis juga menghasilkan ATP dan NADH + H⁺ (Waiter, Michel J. At all, 2001).

Sebagian besar mikroorganisme memanfaatkan karbohidrat sebagai sumber karbon dan energi. Heksosa, gula enam karbon (C₆), glukosa adalah lebih dari substrat untuk sebagian besar mikroorganisme dan sebagian kecil mikroorganisme tidak bisa mengolahnya. Di alam, glukosa bebas biasanya tidak tersedia, tetapi dapat diperoleh melalui berbagai rute. Ini berasal dari interkonversi heksosa lainnya, hidrolisis disakarida, oligosakarida dan polisakarida dari lingkungan, atau dari sel penyimpanan material, seperti pati, glikogen dan trehalosa. Pembentukan energi dari glukosa yang didahului oleh proses fosforilasi sampai menghasilkan piruvat (C₃). Namun, jumlah terbatas ATP yang diproduksi, yang dibentuk melalui substrat-tingkat fosforilasi. Maksimum dua molekul ATP yang dihasilkan untuk setiap satu molekul glukosa teroksidasi. menghasilkan piruvat menempati posisi penting dalam metabolismedan merupakan titik awal untuk katabolisme lanjut (McKane and Judy Kandel,1950).

Setiap organisme mempunyai perbedaan jalur glikolisis yang menjadi kunci pembeda organisme tersebut. Jalur glikolisis dibagi menjadi empat yakni:

Ø  Jalur EMP (The Embden-Mayerhof-Parnas)

Jalur EMP merupakan jalur  yang banyak ditemukan di semua kelompok organisme, termasuk jamur, yeasts dan bakteri. jalur ini dapat beroperasi di bawah kondisi anaerobik atau aerobik dan terdiri dari 10 enzim-katalis reaksi terletak di dalam matriks sitoplasma. Kunci pembeda ketiga jalur lainnya (heksokinase, fosfofruktokinase dan kinase piruvat) yakni reaksi terjadi secara reversibel. Sedangkan jalur EMP reaksinya yang terjadi yakni secara irreversible.

Untuk setiap molekul glukosa dioksidasi menjadi dua piruvat molekul, keuntungan bersih hanya dua ATP, karena yang Konsumsi dalam reaksi sebelumnya. Glucose (C₆) + 2ADP + 2Pi + 2NAD⁺ → 2 pyruvate (C₃) + 2ATP + 2NADH + 2H⁺

(Waiter, Michel J. At all, 2001).

Ø  Jalur PP (The Pentose Phosphate)

The fosfat pentosa (PP) atau jalur heksosa jalur monofosfat ditemukan di banyak bakteri dan sebagian besar organisme eukariotik. Jalur ini seringkali beroperasi pada waktu yang sama dengan jalur EMP. Dalam ragi, misalnya, 10-20% glukosa (lebih selama pertumbuhan pesat) yang terdegradasi melalui jalur PP, dan sisanya katabolisme dari jalur EMP. Jalur PP bisa berfungsi pada kondisi aerobik atau anaerobik,  baik katabolik maupun anabolik. Jalur ini sangat penting dalam penyediaan NADPH, terutama untuk digunakan untuk langkah reduktif dalam proses anabolik, intermediet untuk asam amino aromatik sintesis, terutama erythrose-4-fosfat; pentosa, terutama ribosa untuk biosintesis asam nukleat, dan biosintesis intermediet lainya. Gula pentosa seperti xylose juga dapat dikatabolisme melalui jalur ini.

Jalur PP merupakan siklus dan seperti semua jalur glycolytic, enzim ini berada di matrik sitoplasma. Ini dimulai dengan oksidasi dua langkah glucose 6-phospate (G6P) ke pentose (C₅) fosfat, ribulosa 5-fosfat (Rump), melalui 6-phosphogluconate. Proses Ini melibatkan satu karbon yang hilang sebagai CO₂ dan pembentukan dua NADPH. Setelah fase oksidatif ini, RuMP mengalami serangkaian penataan ulang menjadi serangkaian dua-karbon dan tiga-karbon pertukaran fragmen, dikatalisis oleh enzim transketolase dan transaldolase.Untuk setiap tiga unit glukosa diproses, satu GAP, enam NADPH dan dua fruktosa 6-fosfat (F6P) molekul yang dihasilkan. Molekul F6P dikonversi kembali ke G6P untuk mempertahankan operasi dari siklus. Itu GAP dapat dioksidasi menjadi piruvat dengan jalur EMP enzim atau juga dapat dikembalikan ke awal jalur melalui konversi dari dua GAP satu G6P.

glucose 6-phosphate (C₆) + 6NADP⁺ + 3H₂O → 2 fructose 6-phosphate (C₆) + glyceraldehyde 3-phosphate (C₃) + 3CO₂ + 6NADPH + 6H⁺ (Waiter, Michel J. At all, 2001).

ü  Jalur ED (The Entner-doudoroff)

Jalur ED adalah jalur metabolisme yang relatif sedikit digunakan oleh mikroorganisme yang tidak memiliki EMP jalur. Kebanyakan bakteri Gram-negatif, termasuk spesies Azotobacter, Pseudomonas, Rhizobium, Xanthomonas dan Zymomonas, tapi jarang dalam jamur. Jalur dimulai dengan pembentukan 6-phosphogluconate, seperti di jalur PP. Meskipun kemudian mengalami dehidrasi, bukan t eroksidasi, untuk membentuk 2-okso-3-deoksi-6-phosphogluconate. Molekul enam-karbon dipecah oleh Aldolase untuk membentuk dua senyawa C₃, piruvat dan GAP, dan terakhir juga dapat dikonversi menjadi piruvat. Secara keseluruhan, dari glukosa setiap molekul dimetabolisme, pada jalur yang dapat menghasilkan dua molekul piruvat, satu ATP, satu NADH dan satu NADPH, yang merupakan hasil energi yang lebih  rendah daripada jalur EMP (Waiter, Michel J. At all, 2001).

ü  Jalur PK (phosphoketolase)

The phosphoketolase (PK) atau jalur Warburg-Dickens jalur  metabolisme yang ditemukan di beberapa bakteri asam laktat, terutama dari spesies Lactobacillus dan Leuconostoc. Ini melibatkan oksidasi dan dekarboksilasi glukosa 6-fosfat ke pantat, seperti di jalur PP. RuMP yang berisomer dengan xylulose fosfat 5-(C₅) dan dibelah oleh phosphoketolase menjadi GAP (C₂) dan asetil fosfat (C₂). Pada akhirnya dikonversike laktat dan kedua ke etanol. Jalur ini menghasilkan hanya setengahATP dibandingkan dengan jalur EMP. Namun, tidak dimungkinkan pembentukan pentosa dari heksosagula untuk sintesis asam nukleat dan katabolisme pentosa (Waiter, Michel J. At all, 2001).

b.      Tricarboxylic acid cycle

Tricarboxylic acid cycle (Siklus Krebs) merupakan serangkaian reaksi metabolism yang mengubah asetil koA yang direaksikan dengan asam oksaloasetat (4C) menjadi asam sitrat (6C). Selanjutnya asam oksaloasetat memasuki daur menjadi berbagai macam zat yang akhirnya akan membentuk oksaloasetat lagi (McKane and Judy Kandel,1950).

Pyruvate (C₃) + NAD⁺ + CoA →acetyl CoA (C₂) +CO₂ + NADH + H⁺ CoA (C₂) + 3NAD⁺ + FAD + ADP → 2CO₂ + 3NADH + 3H⁺ + FADH₂ + ATP

Asetil KoA masuk siklus krebs  bersama empat molekul karbon (oksaloasetat). Selanjutnya menjadi senyawa enam carbon atau asam asitrat. Selama berturut-turut, dua atom karbon dari asetil KoA teroksidasi menjadi dua molekul CO_2, meninggalkan empat Oksaloasetat untuk menerima asetil KoA lainnya. Siklus ini beberapa energi di keluarkan dari oksidasi asam sitrat yang digunakan untuk memproduksi satu molekul ATP. Kebanyakan energi ditranfer oleh empat pasangan elektron dari tiga molekul NAD⁺  (membentuk NAD + H⁺) dan satu molekul FAD (membentuk FADH₂ ). Energi dari elektron ini kemudian digunakan untuk membentuk ATP pada sistem transport elektron. Pada jalanya satu asetil KoA menghasilkan 12 molekul ATP kemudian dioksidasi oleh siklus krebs. Sejak dua molekul asetil KoA diproduksi untuk masing-masing oksidasi glukosa, energi akhir yang dihasilkan dari siklus krebs adalah 12 molekul ATP.

c.       Transfer elektron

Setelah proses tricarboxylic acid maka yang terakhir adalah proses transfer elektron. Transfer elektron merupakan reaksi pemindahan elektron melelui reaksi redoks (reduksi-oksidasi). karena respirasi mebutuhkan jumlah ATP dari proses oksidasi NADH dan FADH. Maka dibutuhkan senyawa senyawa yang memiliki potensial reduksi rendah sebagai akseptor elektron, dan O₂ sangat ideal sebagai akseptor.  Elektron yang berasal dari oksidasi substrat NADH atau FADH2, melalui serangkaian redoks atau reduksi-oksidasi reaksi, lalu ke terminal akseptor. Dalam proses ini, energi dilepaskan selama aliran elektron digunakan untuk membuat gradien proton.

Energi yang ditangkap dalam ikatan energi yang tinggi ketika P (fosfat) anorganik bergabung dengan molekul ADP untuk membentuk ATP. Proses ini disebut fosforilasi oksidatif.

Energi (ATP) dalam sistem transpor elektron terbentuk melalui reaksi fosforilasi oksidatif, Energi yang dihasilkan oleh oksidasi 1 mol NADH atau NADPH2 dapat digunakan untuk membentuk 3 mol ATP. Reaksinya sebagai berikut. NADH + H⁺ + 1/2 O2 + 3ADP + 3H3PO4 → NAD⁺   +  3ATP + 4H2O

Sementara itu, energi yang dihasilkan oleh oksidasi 1 mol FADH2 dapat menghasilkan 2 mol ATP.

Beberapa jenis enzim yang terlibat dalam pengangkutan elektron seperti NADH dehidrogenase, sitokrom reduktase, dan sitokrom oksidase. Pembawa elektron terdiri dari flavoprotein (contohnya FAD dan mononukleotida flavin, FMN), besi sulfur (FeS), dan sitokrom, protein dengan cincin  yang berisi besi yang disebut heme. Gugus non-protein seperti lipid-soluble (larutan dalam lemak) yang lebih dikenal dengan quinones (Ibrahim, 2007).

3.      Respirasi anaerob

Beberapa bakteri fakultatif anaerob dan obligatif anaerob melakukan respirasi anaerob. Dengan melibatkan electron transport system (ETS), tetapi terminal akseptor elektron selain oksigen. Contoh respirasi anaerob berikut:

a.       Nitrate respiration

Respirasi nitrat dilakukan oleh bakteri anaerob fakultatif. Potensi redoks nitrat adalah +0.42 Volt, dibandingkan dengan oksigen yang potensial redoksnya +0,82 volt. Akibatnya, lebih sedikit energi yang digunakan dibandingkan dengan oksigen sebagai terminal akseptor elektron dan molekul lebih sedikit ATP yang terbentuk. Proses ini memiliki beberapa langkah, yang mana nitrat direduksi menjadi nitrit dan nitrogen oksida menjadi dinitrogen, yang disebut sebagai dissimilatory Nitrate reduction atau denitrifikasi. Reaksi denitrifikasi sebagai berikut:

2NO3- + 12 e- + 12 H+  → N2 + 6 H2O

Denitrifikasi dilakukan oleh spesies Pseudomonas, Paracoccus denitrificans dan Thiobacillus denitrificans. Sedangkan bakteri fakultatif Anaerob seperi, E. coli dan sejenisnya, yang hanya mereduksi nitrat menjadi nitrit, dan enzim.

b.      Sulphate respiration

Respirasi sulfat dilakukan oleh sebagian kecil bakteri heterotrophic, yang semuanya oligatif anaerob, sperti bakteri dari spesies Desulfovibrio. Bakteri ini membutuhkan sulfat sebagai aseptor proton  dan terduksi menjadi sulfit. Reaksi sulphate respiration sebagai berikut:

SO42- + 8 e- + 8 H+ → S2- + H2O

c.       Carbonate respiration

respirasi Karbonat dilakukan oleh bakteri seperti Methanococcus dan Methanobacterium. Bakteri tersebut merupakan anaerob obligat yang mereduksi CO2, dan kadang-kadang karbon monoksida, untuk menjadi metana. Bakteri metanogen yang biasa menggunakan hidrogen sebagai sumber energi dan ditemukan di lingkungan yang rendah nitrat dan sulfat, misalnya usus beberapa hewan, rawa, sawah dan digester limbah lumpur. Reaksi respirasi karbonat hingga membentuk metan sebagai berikut:

CO2 + 4H2 →CH4 + 2H2O

Selain nitrat, sulfat dan karbon dioksida, besi besi (Fe3+), mangan (MN4+) dan beberapa organik senyawa (sulfoksida dimetil, fumarat, glisin dan oksida trimetilamina) dapat berfungsi sebagai terminal elektron akseptor untuk respirasi anaerob tertentu bakteri.

C.    Sintesis gula, Amino, Asam Nukleat, dan Peptidoglikan

1.      skip to main | skip to sidebar Sintesis Gula

Contoh yang baik mengenai tranlokasi kelompok ialah pengankutan senyawa-senyawa gula tertentu seperti glucose, fructose dan manose, ke dalam sel bakteri. Dalam proses ini mula-mula suatu protein yang tahan panas (HPr) diaktifasi dengan cara memindahkan sebuah gugusan fosfat dari senyawa berenergi tinggi fofoenolpiruvat (PEP) pada HPr didalam sel  

PEP + HPr    piruvat + fosfo – HPr

Pada saat yang bersamaan, gula bergabung dengan enzim 2 pada permukaan luar membrane dan di angkut ke permukaan dalam membrane. Di sini lalu bergabung dengan gugusan fosfat yang di bawa oleh HPr teraktivasi. Gula-fosfat terbentuk kemudian dilepaskan oleh enzim 2 dan memasuki sel. Reaksi ini dapat di singkat sebagai berikut:

Fosfo – HPr + gula                           gula-fosfat + HPr

(di luar sel)                                          (di dalam sel)

Reaksi pengankutan ini hanya mengangkut gula ke dalam sel, karena gula fosfat di dalam sel tidak mempunyai afinitas terhadap penghantar.  HPr dan enzim 1 adalah protein sitoplasmik terlarut.

HPr memiliki berat molekul rendah dan telah dapat di murnikan sampai taraf yang tinggi. Enzim 2 terikat pada membrane dan spesifik bagi senyawa-senyawa gula tertentu yang di angkutnya. Enzim tersebut telah dapat di larutkan dan dimurnikan sebagian.

Poses-proses translokasi kelompok lainnya yang diketahui mencakup pengambilan adenine dan butirat pada permukaan luar sel dan pengubahannya pada permukaan dalam membrane, masing-masing menjadi adenosine monofosfat (AMP) dan butirat-KoA.

2.      Sintesis Asam Amino

Asam amino yang dibuat menjadi protein dengan yang bergabung bersama dalam rantai dengan ikatan peptida. Setiap protein yang berbeda memiliki urutan yang unik dari residu asam amino: ini adalah struktur utama. Sama seperti huruf alfabet dapat dikombinasikan untuk membentuk berbagai kata-kata hampir tak berujung, asam amino dapat dihubungkan dalam berbagai urutan untuk membentuk berbagai macam protein. Protein terbuat dari asam amino yang telah diaktifkan oleh keterikatan pada sebuah molekul RNA transfer melalui ikatan ester. Ini prekursor aminoasil-tRNA diproduksi dalam reaksi ATP-dependent dilakukan oleh tRNA aminoasil sintetase. Ini aminoasil-tRNA kemudian substrat untuk ribosom, yang bergabung dengan asam amino ke rantai protein memperpanjang, menggunakan informasi urutan dalam messenger RNA.

Pengubahan Substansi

Asam amino, yang macamnya kira-kira ada 20 adalah bahan pembangun protein. Tipe protein yang dibentuknya ditentukan oleh urutan asam-asam aminonya yang bersangkutan.

Asam amino pembangun protein beserta singkatan-singkatan bakunya

Alanin (Ala) Arginin (Arg) Asparagin(Asp-NH2, Asn) Asam Aspartat (Asp) Sistein (Sis) Asam glutamate (Glu) Glutamin (Glu-NH2, Gln)

Glisin (Gli) Histidin (His) Hisoleusin (Ile) Leusin ( leu) Lisin (Lis) Metionin (Met) Phenylalanin (Phe)

Prolin (Pro) Serin (Ser) Threonin (Thr) Triptofan (Trp) Tirosin (Tir) Valin (Val)

Beberapa rumus kimia asam amino adalah

sebagai berikut:

Contoh khusus mengenai sintesis asam amino prolin oleh bakteri Escherichia coli. Asam glutamate adalah reaktan awalnya. Pada langkah pertama sebuah gugusan asam (-COOH) direduksi menjadi gugusan aldehide (-CHO). Langkah ini membutuhkan dua electron dari NADPH₂ dan energy dari ATP. Gugusan aldehide tersebut kemudian secara spontan beraksi dengan gugusan amino (-NH₂) pada molekul yang sama, membentuk cincin prolin.

Contoh lain ialah lintasan bagi perubahan asam aspartat menjadi lisin, metionin dan threonin. Pengubahan ini menggunakan energy metabolic dalam bentuk ATP. Kedua contoh ini menggambarkan bagaimana energy dibelanjakan untuk saling diubah (interkonversi) 1 substansi menjadi substansi lainnya.

3.      Sintesis Asam Nukleat

Beberapa fungsi penting asam nukleat adalah menyimpan, menstransmisi, dan mentranslasi informasi genetik; metabolisme antara(intermediary metabolism) dan reaksi-reaksi informasi energi; koenzim pembawa energi; koenzim pemindah asam asetat, zat gula, senyawa amino dan biomolekul lainnya; koenzim reaksi oksidasi reduksi. Asam nukleat dalam sel ada dua jenis yaitu DNA (deoxyribonucleic acid ) atau asam deoksiribonukleat dan RNA (ribonucleic acid )a ta u asam ribonukleat. Baik DNA maupun RNA berupa anion dan pada umumnya terikat oleh protein dan bersifat basa. Misalnya DNA dalam inti sel terikat pada histon.Senyawa gabungan antara protein dan asam nukleat disebutnucleoprotein. Molekul asam nukleat merupakan polimer seperti protein tetapi unit penyusunnya adalahnuk leotida . ATP adalah salah satu contoh nukleotida asam nukleat bebas yang berperan sebagai pembawa energi.

Asam nukleat merupakan polimer besar dengan ukuran yang bervariasi antara 25.000 /1.000.000 s/d1 milyar. Asam nukleat baik DNA maupun RNA tersusun dari monomer nukleotida . Nukleotida tersusun dari gugus fosfat, basa nitrogen dan gula pentosa. Basa nitrogen berasal dari kolompok purin dan pirimidin.Purin utama asam nukleat adalahadenin dangua nin, sedangkanpirimidinn ya adalah sitosin, timin danuras il.

Nukleotida terbuat dari asam amino, karbon dioksida dan asam formiat dalam jalur yang memerlukan sejumlah besar energi metabolik. Akibatnya, sebagian besar organisme memiliki sistem efisien untuk menyelamatkan nukleotida preformed. Purin disintesis sebagai nukleosida (basis melekat pada ribosa). Kedua adenin dan guanin yang dibuat dari prekursor nukleosida monofosfat inosin, yang SSSSSdisintesis menggunakan atom dari asam amino glisin, glutamin, dan asam aspartat, serta format ditransfer dari tetrahidrofolat koenzim. Pirimidin, di sisi lain, disintesis dari orotate dasar, yang dibentuk dari glutamin dan aspartat.

Sintesis Asam Nukleat pada Bakteri

Pteridin + Asam p-aminobenzoat —(dihidropteroat sintetase)—> Asam dihidropteroat —> Asam dihidrofolat —(dihirofolat reduktase)—> Asam tetrahidrofolat —> purin, pirimidin —> DNA terrelaksasi —(DNA girase)—> DNA superkoil

Tahap-tahap reaksi sintesis DNA :

Ø  Tahap pembukaan DNA untai ganda superkoil

Ø  Sintesis oligonukleotida primer

Ø  Pemanjangan rantai DNA arah 5’--- 3’, pelepasan primer dan

Ø  Penyambungan fragmen DNA dan membentukan ikatan fosfodiester

Proses tahap awal pembukaan DNA dikatalisis oleh 3 jenis enzim yaitu 1) enzimhelika s e (atau DNA- unwinding enzyme) yang mengkatalisis pembukaan bagian DNA yang kedua untainya terpisah (garpu replikasi). 2) Enzimhelik s -des ta bilizin g protein atau single-strandedDNA-binding protein yang berfungsi menjaga basa- basa pada untai tunggal agar tidak berpasangan dengan lain, dan 3) enzim DNAgira se mengkatalisis pembukaan heliks ganda sebelum proses replikasi dimulai. Ketiga enzim ini bekerja sama membentuk DNA untai tunggal. Tahap selanjutnya menggunakan enzim RNA polimerase spesifik atau dikenal enzim primase atau dnaG dan protein dnaB. Pembentukan oligonukleotida primer dilakukan pada daerah spesifik DNA sebagai tempat awal replikasi. RNA polimerase spesifik ini berbeda dengan RNA polimerase untuk sintesis RNA, karenaenzim ini bersifat nukleofilik dalam pembentukan ikatan fosfodiester dari rantai DNA yang tidak berpasangan.dnaB berfungsi mengikat DNA untai tunggal pada sisi awal replikasi kemudian dnaG membentuk oligonukleotida primer. Tahap berikut menggunkan katalis DNA polimerase III dan DNA polimerase I serta DNA ligase. Proses penumbuhan rantai terjadi dengan penambahan deoksiribonukleotida pada gugus 3’-OH ujung rantai primer (pertumbuhan 5’ → 3’). Karena kedua rantai DNA bersifat anti paralel satu terhadap lainnya (5’ → 3’, dan 3’ → 5’) maka replikasi semikonservatif yang terjadi juga berbeda. Pada satu rantai replikasinya bersifat kontinyu dan menghasilkan untai penuntun (leading strand)

4.      Sintesis Peptidoglikan

Seperti yang telah kita ketahui bahwa dinding sel bakteri (terutama bakteri Gram Positif) memiliki struktur dinding yang tersusun atas polisakarida yang disebut dengan murein atau yang juga lazim disebut peptidoglikan. Murein terdiri atas rantai polisakarida panjang yang tersusun atas residu asam N-asetilglukosamin (NAG) dan asam N-asetilmuramat yang tersusun secara bergantian (berselang-seling). Rantai pentapeptida tertambat pada gugus NAM. Rantai polisakarida terhubung ke rantai pentapeptida mereka melalui jembatan interpeptida.

Tidak mengherankan suatu struktur yang rumit memerlukan proses biosintesis yang juga sama rumitnya, terutama dikarenakan reaksi sintesis yang terjadi sekaligus di luar dan  di dalam membran sel. Sintesis peptidoglikan merupakan proses multistep yang berhasil dipelajari dengan baik pada bakteri Gram Positif. Dua buah carrier terlibat antara lain: uridin difosfat (UDP) dan Bactoprenol. Bactoprenol merupakan alcohol yang memiliki panjang rantai karbon sebanyak 55 atom C karbon yang melekat pada NAM melalui \sebuah gugus pirofosfat dan memindahkan komponen peptidoglikan melewati membran hidrofobik.

Secara keseluruhan proses sintesis peptidolikan melibatkan delapan tahapan, yang antara lain adalah :

Ø  Derivate UDP pada asam N-asetilglukosamin dan asam N-asetilmuramat disintesis di dalam sitoplasma.

Ø  Asam amino secara berurutan ditambahkan ke UDP-NAM untuk membentuk ranati pentapeptida (dua ujung D-alanin ditambahkan sebagai sebuah dipeptida).

Ø  NAM-pentapeptida ditransfer dari UDP ke sebuah bactoprenol fosfat pada permukaan membran.

Ø  UDP-NAG menambahkan NAG ke NAM-pentapeptidauntuk membentuk unit peptidoglikan yang  berulang. Jika sebuah jembatran interpeptida pentaglisin diperlukan, glisin akan ditambahkan dengan menggunakan molekul tRNA glisil yang khusus, bukannya ribosom.

Ø  Unit berulang Peptidoglikan NAM-NAG yang sudah lengkap kemudian ditransportasikan melalui membran ke permukaan sebelah luarnya dengan carrier bactoprenol pirofosfat.

Ø  Unit peptidoglikan kemudian dilekatkan pada ujung rantai peptidoglikan yang sedang tumbuh untuk memperpanjang dengan satu unit peptidoglikan yang berulang.

Ø  Carrier bactoprenol kembali ke dalam membran. Sebuah fosfat kemudian dilepaskan selama proses ini untuk  memberikan fosfat pada bactoprenol, yang nantinya akan mampu menerima NAM-pentapeptida yang lain.

Ø  Akhirnya, hubungan silang peptida antara dua peptidoglikan terbentuk melalui tanspeptidasi. ATP digunakan untuk membentuk ujung ikatan peptida di dalam membran. Tidak ada lagi ATP yang diperlukan ketika transpeptidasi terjadi di luar. Proses yang sama terjadi ketika sebuah jembatan dilibatkan ; hanya gugus yang bereaksi dengan sub terminal D-alanin yang membedakan.

Sintesis peptidoglikan pada dasarnya amat mudah untuk rusak oleh agen-agen antimicrobial. Penghambatan dalam tahapan sintesis melemahkan dinding sel dan bisa berakhir pada lisis osmotic. Banyak antibiotik yang mengganggu sintesis peptidoglikan. Sebagai contohnya penicillin menghambat reaksi transpeptidasi dan bacitracin menutup atau menghentikan fosforilasi pada bactoprenol pirofosfat.

Menurut diagram tersebut langkah-langkah sintesis peptidoglikan adalah sebagai berikut:

Biosintesis dimulai dengan pembentukan formasi UDP-MurNAc melalui kondensasi dari fosfoenol piruvat dengan  UDP-GlcNAc dan kemudian dilanjutkan dengan reduksi urutan penambahan dari L-Ala, D-Glu, m-DAP dan D-Ala menghasilkan sebuah formasi dari UDP-MurNAc-pentapeptida. Penambahan setiap asam amino  membutuhkan ATP spesifik yang tergantung pada  ligase asam amino dan pada akhirnya dua asam amino  (D-Ala-D-Ala) ditambahkan sebagai unit dipeptida. Enzim-enzim sitoplasmik mengakomodasi semua reasksi ini.

Sebuah membran tranlokase memindahkan MUrNAc-pentapeptida pada undecaprenil (C55) fosfat ( atau dikenal sebagai bactoprenol fosfat) pada permukaan sebelah dalam dari membran dalam. Lipid tersebut mirip dengan darrier dolichol pada eukariotik yang digunakan dalam sintesis glikan. Produk akhir yang disebut dengan lipid I terdiri dari ikatan pirofosfat.

Sebuah transferase pada permukaan yang sama pada  membrane dalam  kemudian mentransfer asam N-Asetilglukosamin dari UDP-GlcNAc  ke undecaprenil-pirofosfat-MurNAc-pentapeptida. Lipid ytang terpaut pada disakarida pentapeptida disebut dengan muropeptida atau lipid II dan  terdapat pada subunit dasar pada bangunan peptidoglikan.

Lipid undekaprenol berperan untuk memindahkan subunit muropeptida menyebrangi membrane dalam. Gen  penentuan bentuk  telah diidentifikasi bahwa akan mempengaruhi  pembentukan/ sintesis dinding selm kemungkinan dengan meregulasi reaksi pemindahan ini. Sekali tereorientasi ke  permukaan periplasmik pada membrane plasma, muropeptida akan ditransfer sekaligus untuk menghasilkan peptidoglikan pada sebuah reaksi transglikosilasi. Dua mekanisme ini telah diusulkan untuk kedua reaksi ini : tumbuh dari ujung yang mereduksi (dimana gugus OH ke 4 dari residu asam N-asetilglukosamin nonmereduksi menyerang ikatan MurNAc fosfat dari sebuah rantai  peptidoglikan telanjang memindahkan undekaprenil pirofosfat) atau tumbuh dari ujung yang tidak mereduksi (nonmereduksi) (dimana ujung N-aestilglukosamin tidak mereduksi dari rantai peptidoglikan telanjang menyerang ikatan MurNAc fosfat dalam sebuah subunit, dan lagi dengan pembebasan undekaprenil pirofosfat) Undekaprenil-pirofosfat kemudian memutuskan satu gugus fosfatnya, yang memungkinkannya untuk melakukan transfer yang berulang lagi.

Mekanisme pengendalian panjang rantai belum diketahui secara pasti. Pelepasan rantai peptidoglikan yang baru dipasangkan ke formasi 1,6-anhidroMurNAc pada ujung rantai yang mereduksi. Pelepasan rantai peptidoglikan yang baru diikuti dengan pembentukan inter-rantai hubungan silang melalui transpeptidasi yang membelah pada ujung residu D-Alanin dan menghasilkan dalam transfer pembebasan gugus karboksil pada ujung residu D-Alanin yang baru ke gugus amino pada sebuah  unit asam m-DAP dari strand tetangga. Dan struktur terakhir terdiri dari hubungan silang tetrapeptida  yang terletak pad tengah-tengah sub-←unitnya.

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Metabolisme adalah keseluruhan proses reaksi enzim dan kimiawi dalam sel. Metabolism dapat dibedakan menjadi dua yakni metabolisme  primer dan sekunder. Katabolisme merupakan reaksi yang menghasilkan energi dengan memecah molekul kompleks menjadi molekul sederhana. Anabolisme adalah suatu proses reaksi kimia yang membentuk suatu molekul besar dari molekul yang lebih kecil. Proses metabolisme mikroorganisme dapat dibedakan menjadi dua berdasarkan sumber energinya yaitu fototrof dan kemotrof. Sedangkan apabila berdasarkan kemampuan mendapat sumber karbonnya menjadi dua juga yaitu Autotrof dan heterotrof. Respirasi merupakan proses terjadinya pembongkaran suatu zat makanan sehingga menghasilkan energi yang diperlukan oleh mikroorgnisme tersebut. Jika oksigen yang diperlukan dalam proses respirasi maka disebut respirasi aerob. Ada juga spesies bakteri yang mampu melakukan respirasi tanpa adanya oksigen, maka peristiwa itu disebut respirasi anaerob.

skip to main | skip to sidebar Sintesis Gula Contohnya ialah mengenai tranlokasi kelompok pengankutan senyawa-senyawa gula tertentu seperti glucose, fructose dan manose, ke dalam sel bakteri. Asam amino yang dibuat menjadi protein dengan yang bergabung bersama dalam rantai dengan ikatan peptida, Asam amino yang dibuat menjadi protein dengan yang bergabung bersama dalam rantai dengan ikatan peptida, Seperti yang telah kita ketahui bahwa dinding sel bakteri (terutama bakteri Gram Positif) memiliki struktur dinding yang tersusun atas polisakarida yang disebut dengan murein atau yang juga lazim disebut peptidoglikan.

B.     Saran

Dalam penulisan makalah ini kami menyadari masih banyak terdapat kekurangan-kekurangan dalam sistematika penulisannya. Untuk itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca untuk kesempurnaan makalah ini.