Biokimia Fermentasi

A. Konsep Dasar Definisi

Metabolisme: proses katabolisme dan anabolisme.

Katabolisme: proses yg dilakukan MH hidup untuk menghasilkan energi dari nutrien.

Anabolisme: proses biosintesis dg menggunakan energi dan bahan baku untuk membuat makromolekul dan struktur seluler.

A. Konsep Reduksi dan Oksidasi

Atom menjadi tereduksi dlm suatu reaksi kimia bila:

Menerima elektron Berikatan dg atom yg kurang elektronegativ Dan biasanya terjadi saat atom berikatan dg

hidrogen.

Atom menjadi teroksidasi dlm suatu reaksi kimia bila

Kehilangan elektron Berikatan dg atom yg lebih elektronegativ Dan biasanya terjadi saat atom berikatan dg

oksigen

A. Konsep Dasar Reduksi dan Oksidasi

Pd jalur metabolisme, lebih difokuskan pd oksidasi dan reduksi atom karbon.

Bentuk tereduksi atom C (cont. hidrokarbon, metana, lemak, karbohidrat, alkohol) ikatan kimianya mengandung energi potensial yg besar.

Btk teroksidasi atom C (cont. keton, aldehid, asam karbosilat, karbon diosida) ikatan kimianya mengandung energi potensial sangat kecil.

A. Konsep Dasar

Reduksi dan Oksidasi Reduksi dan oksidasi selalu terjadi

bersamaan. Pd reaksi reduksi-oksidasi (reaksi redoks), satu senyawa mengalami reduksi, dan lainnya mengalami oksidasi. Senyawa yg teroksidasi disebut elektron donor, dan senyawa yg tereduksi disebut elektron akseptor.

A. Konsep Dasar Jalur Enzimatik untuk Metabolisme

Reaksi Metabolik terjadi secara bertahap dimana atom dari bahan awal diubah hingga menjadi produk akhir.

Setiap tahap membutuhkan enzim tertentu.

Enzim-enzim yg mengkatalisis setiap tahap reaksi dari bahan awal sampai produk jadi disebut dg jalur enzimatik (jalur metabolik)

A. Konsep dasar Kofaktor untuk reaksi Redok

Enzim-enzim yg mengkatalisis reaksi redok umumnya memerlukan kofaktor untuk memindahkan elektron dari satu bagian jalur metabolik ke bagian yg lain.

Ada 2 kofaktor redok utama: NAD dan FAD. Mrp molekul organik yg relatif kecil bag strukturnya dapat tereduksi atau teroksidasi.

A. Konsep Dasar Kofaktor untuk reaksi Redoks

NAD(oxidized) + H+ + sepasang elektron NADH(reduced)

FAD(oxidized) + H+ + sepasang elektron FADH(reduced)

NAD and FAD are present only in small (catalytic) amounts – they cannot serve as the final electron acceptor, but must be regenerated (reoxidized) in order for metabolism to continue

A. Konsep Dasar

ATP: energi pada banyak reaksi seluler ATP = adenosin trifosfat. Suatu nukleotida dg

3 gugus fosfat. Fosfat terakhir pada rantai dihidrolisis (ATP

menjadi ADP, atau adenosin difosfat).

ATP + H2O ADP + Phosphate + Energy (7.5 kcal/mol)

A. Konsep dasar ATP

Hidrolisis ATP digunakan sebagai sumber energi pd banyak reaksi biologi yg membutuhkan energi – cont : transport aktif dlm pompa Na-K

Selama katabolisme, energi dilepaskan dari oksidasi karbon dan digunakan untuk sintesis ATP dari ADP dan fosfat.

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Energi

ADP + fosfat + Energy ATP + H2O`

B. Jalur Glikolisis

Gambaran jalur glikolisis Oksidasi sebagian dari glukosa

untuk membentuk asam piruvat. Sejumlah kecil ATP dibuat Sejumlah kecil NAD direduksi mjd

NADH

B. Jalur Glikolisis 4 jalur glikolisis utama yg ditemukan dlm

bakteri yg berbeda. Jalur Embden-Meyerhoff-Parnas

“klasic” glikolisis Ditemukan hampir pada semua organisme

Jalur Heksosa monofosfat Juga ditemukan pada hampir semua organisme Pada sintesis gula pentosa yg digunakan dlm

sintesis nukleotida Jalur Entner-Doudoroff

Ditemukan dlm Pseudomonas dan genus yg terkait.

Jalur Fosfoketolase Ditemukan dlm Bifidobacterium dan Leuconostoc

Peran enzim

Katalisator enzim dpt mpcepat reaksi kimia 1012 – 1020 kali dibandingk dg katalisator anorganik.

Reaksi dg mgunakan enzim utk mdapatk produk melalui degradasi tahap demi tahap.

Enzim dpt nurunkan energi aktivasi reaksi.

Fermentasi oleh mikroba dpt mgunakan substrat dasar karbohidrat dan senyawa nitrogen organik.

Umumnya produk berasal dari substrat yg mgd karbon. Bmacam2 produk antara dihasilk dari glukosa dan dihasilkan asam piruvat sebagai senyawa kunci. Kmd asam piruvat direduksi mjd asam laktat, asam butirat, asam propionat, butanediol, etil alkohol dsb.

Produk yg dihasilk tgt ada dan tidaknya enzim mikroba. Mis. bakteri asam laktat tdk mghasilk ensim piruvat dekarboksilase, tetapi mereduksi piruvat mjd asam laktat, sedang khamir dpt mghasilk piruvat dekarboksilase utk mereduksi senyawa CO2 mjd etanol.

Macam-macam fermentasi karbohidrat

No. Macam Glikolisis Hasil akhir utama

1. Fermentasi alkohol Oleh khamir HDP etanol, CO2

Oleh bakteri EDP etanol, CO2

2. Fermentasi asam laktat 1. Homofermentasi (Homolaktat) HDP asam laktat 2. Heterofermentasi (Heterolaktat) HMP asam laktat, etanol, as asetat

dan CO2

3. Fermentasi asam propionat HDP asam propionat, asam asetat, CO2

4. Fermentasi asam butirat HDP asam butirat,asam asetat, H2, CO2,

butanol, etanol, aseton, Isopropanol.

5. Fermentasi asam campur HDP etanol, asetat, format, H2, CO2, laktat,

suksinat.6. Fermentasi butanediol HDP butanediol, etanol, laktat,

suksinat, asetat, H2, CO2.

Jalur heksosa difosfat (HDP), yaitu Embden-Meyerhoff-Parnas atau glikolisis.

Jalur heksosa monofosfat (HMP), yaitu jalur Warburg Dicken, jalur fosfoketolosa, atau jalur pentosa fosfat.

Jalur 2 keto-3 deoksi glukonat-6 fosfat (jalur KDGP), atau jalur Entner Doudoroff.

Peruraian glukosa mjd asam piruvat ada 3 jalur :

• Jalur yg paling umum untuk oksidasi glukosa adalah glikolisis. Produk akhirnya asam piruvat.

• Satu molekul glukosa menghasilkan 2 ATP and 2 NADH.

   

                                                                        

       

Entner-Doudoroff mghslk 1 ATP, 1 NADPH, and 1 NADH dari 1molekul glukosa.

 Digunakan oleh Gram

negatives ( Rhizobium, Psuedomonas, Agrobacterium),

                                                                    

                                                                                           

Alternativ Glikolisis 

Alternativ Glikolisis

Jalur Pentosa fosfat digunakan untuk metabolisme gula dg 5 atom karbon; oksidasi 1 molekul gula dihslk 1 ATP dan 2 NADPH  

Menghslk produk intermediet untuk sintesis nukleotida dan asam nukleat, sintesis glukosa dari CO2 dlm fotosintesis, dan bbrp asam amino.

RINGKASAN ALTERNATIV GLIKOLISIS

Jalur perubahan as piruvat Glukosa

Jalur HDPJalur HMPJalur KDGP

Laktat Piruvat Asetaldehid Etanol

Glukolasetat Asetoin Asetil KoA + Format Asetil KoA + H2 + CO2

Asetil KoA Asetat

Suksinat Butirat Aseton

Propional Butadediol Asetat Etanol H2 CO2 Butanol Propanol

Fermentation