Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba
-
Upload
bellaperucha -
Category
Documents
-
view
121 -
download
4
Transcript of Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba
![Page 1: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/1.jpg)
KINETIKA PERTUMBUHAN
MIKROBA/KINETIKA ENZIM
By: KUSNADI,MSI.
![Page 2: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/2.jpg)
Karakteristik pertumbuhan mikroba
Pertumbuhan mikroba merupakan pertambahan
jumlah sel mikroba
Pertumbuhan mikroba berlangsung selama
nutrisi masih cukup tersedia
Pertumbuhan mikroba dapat diukur, dengan
melihat kenaikan biomassa atau jumlah sel
Selama pertumbuhan, mikroba menghasilkan
metabolit primer/sekunder berupa produk
![Page 3: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/3.jpg)
Kurva Pertumbuhan mikroba
Pertumbuhan sel mikroba biasanya mengikuti suatu
pola pertumbuhan tertentu berupa kurva
pertumbuhan sigmoid (model Monod)
Jumlah sel
c
d
b
a
Waktu (t)
![Page 4: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/4.jpg)
Microbial Growth Kinetics
• Microbial Growth Kinetics
describe how the microbe
grows in the fermenter. This
information is important to
determine optimal batch times.
The growth of microbes in a
fermenter can be broken down
into four stages:
– Lag Phase
– Exponential Phase
– Stationary Phase
– Death Phase
![Page 5: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/5.jpg)
a. FASE LAG (Fase Adaptasi)
• Fase lag merupakan suatu periode penyesuaian terhadap
medium------- tidak terjadi perbanyakan jumlah sel
b. FASE LOG (Fase Eksponensial)
• Pada fase eksponensial atau logaritmik, sel membelah dengan
kecepatan konstan dan terjadi pertambahan jumlah sel menjadi
2 kali lipat (generation time)
c. FASE STASIONER.
• Selama fase ini, jumlah sel yang hidup tetap konstan tetapi
akhirnya menuju periode penurunan populasi.
• Dihasilkan metabolit sekunder untuk pertahanan diri bakteri
d. FASE PENURUNAN POPULASI ATAU FASE KEMATIAN
• Pada saat medium kehabisan nutrien maka populasi bakteri
akan menurun jumlahnya,
• Pada saat ini jumlah sel yang mati lebih banyak daripada sel
yang hidup.
![Page 6: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/6.jpg)
Laju pertumbuhan mikroba dan
waktu generasi
• Jika sejumlah sel mikroba (Xo) dibiakkan
dalam waktu (t) pada suatu medium, maka
sel akan membelah dan jumlahnya akan
bertambah menjadi Xt
• Pertambahan jumlah sel berhubungan
dengan laju pertumbuhan serta waktu
generasi sel tersebut membelah
• Kurva pertumbuhan tersebut dapat dilu-
kiskan dengan persamaan matematika
sebagai berikut:
![Page 7: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/7.jpg)
Grafik pertumbuhan mikroba
jumlah sel kurva logaritmik
kurva aritmatik
Xt
Xo
to t waktu
![Page 8: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/8.jpg)
Laju pertumbuhan spesifik
Xt = 2kt x Xo atau Xt/Xo = 2kt
Log2 Xt/Xo = log2 2kt
Log2 Xt/Xo = kt
1/0,301 log10 Xt/Xo = kt
1/0,301 (logXt – log Xo) = kt
k = logXt – log Xo atau k = lnXt – lnXo
0,301 t t - to
Waktu generasi tg = 1/k atau tg= 0,69/k
![Page 9: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/9.jpg)
Koefisien konversi atau rendemen
produktivitas
Yx/s = Xt - Xo
So – S
Yp/s = P – Po
So - S
![Page 10: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/10.jpg)
Waktu generasi dan laju pertumbuhan
spesifik berbagai organisme
Organisme Tg (jam) k (jam-1)
Bakteri
Khamir
Kapang
Sel tanaman
0,3
1,5
3,0
24
2,3
0,46
0,23
0,0287
Research Express
![Page 11: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/11.jpg)
Metode mengukur pertumbuhan
mikroba
• Metode langsung:
- Penetapan konsentrasi sel: penghitungan jumlah sel dibawah mikroskop
- Penetapan bahan kering sel----ditimbang
• Metode tak langsung
- Metode turbidity (kekeruhan)---optical density
- Penetapan penyusun sel
- Analisis persenyawaan (reaksi) biakan
![Page 12: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/12.jpg)
Kinetika Pertumbuhan mikroba
• Merupakan suatu rangkaian reaksi kimia
yang mengendalikan sintesis penyusunan
biomassa yang diperoleh pada akhir
biakan secara menyeluruh yang mengikuti
prinsip kekekalan massa
![Page 13: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/13.jpg)
Reaksi kimia pertumbuhan mikroba
dalam suatu medium biakan
Substrat mikroba + produk
Sumber: karbon metabolit
nitrogen CO2
oksigen H2O
fosfor enzim
belerang
mineral
![Page 14: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/14.jpg)
Kesetimbangan reaksi (Stokiometri)pertumbuhan mikroba
a1S1 + a2S2 + a3S3 +… Biomassa +
b1P1 + b2P2 + b3P3
![Page 15: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/15.jpg)
Kesetimbangan kimia pada
pertumbuhan aerobik
a(substrat) + bO2 + cNH4+
Biomassa + dCO2 + eH2O
Komposisi Substrat berkarbon: CuOvHwNt
Biomassa CxHyOzNe
Maka:
aCuOvHwNt + bO2 + cNH4+
CxHyOzNe + dCO2 + eH2O
![Page 16: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/16.jpg)
Menghitung rendemen (yields)
Yx/s = g biomassa terbentuk
g substrat karbon yang digunakan
Bila M = massa molar biomassa CxHyOzNe
M’ = massa molar substrat CuOvHwNt
Rendemen dapat dinyatakan sebagai:
Yx/s = M/aM’
![Page 17: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/17.jpg)
Tabel rendemen biomassa dan
keb.oksigen
Substrat Mikroba Yx/s Kebutuhan O2(gO2/g biomassa kering)
Glukosa E.coli 0,53 0,4
C.utilis 0,54 0,6
Methanol Pseudomonas 0,54 1,2
Ethanol S.cerevisiae 0,63 2,0
Metana biakan bakteri 0,62-0,99 2,6-4,8
campuran
![Page 18: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/18.jpg)
Tabel rendemen biomassa dan
keb.oksigen
Substrat Mikroba Yx/s Kebutuhan O2(gO2/g biomassa kering)
Glukosa E.coli 0,53 0,4
C.utilis 0,54 0,6
Methanol Pseudomonas 0,54 1,2
Ethanol S.cerevisiae 0,63 2,0
Metana biakan bakteri 0,62-0,99 2,6-4,8
campuran
![Page 19: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/19.jpg)
Kinetika Enzim
• Pengukuran jumlah enzim berdasarkan kecepatan reaksi yang dikatalisisnya
• Cara : dibandingkan dengan enzim murni yang diketahui kadarnya. Satuan : µg
• Berdasarkan jumlah substrat yang bereaksi atau produk yang terbentuk per satuan waktu. Satuan : unit
• 1 i.u : Jumlah enzim yang mengkatalisis pembentukan 1 µ mol produk per menit pada kondisi tertentu.
![Page 20: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/20.jpg)
Mengkur Kecepatan Reaksi
enzimatik
• Jumlah substrat yg
diubah atau produk
yang dihasilkan per
satuan waktu
• = progress curve
• Grafik berbelok:
– Substrat berkurang
– Product inhibition
![Page 21: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/21.jpg)
Mekanisme Kerja Enzim
• Perbandingan model
“induced fit” dan
“kunci dan anak
kunci” pada
pengikatan substrat
oleh enzim
![Page 22: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/22.jpg)
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi
Reaksi Enzimatik
• Reaksi enzimatik dipengaruhi oleh:
– Kadar enzim
– Kadar substrat
– pH
– Suhu
– Aktivator
– Inhibitor
![Page 23: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/23.jpg)
Sifat kerja enzim
• Bagaimana caranya suhu dan pH mempengaruhi kerja enzim?
• Kerja Enzim sangat dipengaruhi oleh faktor temperatur serta pH
• Enzim berkerja baik pada temperatur dan pH optimum
![Page 24: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/24.jpg)
Kinetika Enzim
• Persamaan reaksi kinetika enzim menurut
Michaelis-Menten.
Vmax [S]Vinit =
KM + [S]
E + S ES Pk1
k-1
k2
![Page 25: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/25.jpg)
Kinetika Enzim
• Pada suatu jumlah
enzim tertentu,
hubungan antara
kecepatan reaksi
kimia suatu
bahan/substrat
dengan konsentrasi
bahan dapat
digambarkan dalam
persamaan reaksi
![Page 26: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/26.jpg)
Kinetika Enzim
• Persamaan kinetika enzim dibuat sebagai grafik
Lineweaver-Burk
![Page 27: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/27.jpg)
Pengendalian enzim
A B C DE1 E2 E3
E4
E5
![Page 28: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/28.jpg)
• Bagaimana terjadinya pengendalian alosterik?
Pengendalian Enzim
![Page 29: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/29.jpg)
Kecepatan sesaat reaksi enzim
• Kecepatan reaksi
enzimatik pada suatu
waktu yang sangat
pendek
• Tangens dari garis
singgung terhadap
grafik pada suatu titik
tertentu
![Page 30: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/30.jpg)
Kecepatan Rata-rata
& Kecepatan awal
• V rata-rata = ∆S/∆t
• V0 : Kecepatan sesaat pada waktu
mendekati nol (grafik masih berupa garis
lurus= tg )
![Page 31: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/31.jpg)
Pengaruh Kadar Enzim Terhadap
Reaksi Enzimatik• Ket A: I (1u), II (2u), III
(4u)
• Ket B: pada t0 grafik
linier =V0 berbanding
lurus dengan kadar
enzim
![Page 32: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/32.jpg)
Pengaruh Kadar Substrat
Terhadap Reaksi Enzimatik
• Kadar substrat dinaikkan Vo makin tinggi
• Pada kadar substrat tertentu didapatkan
Vo maximum, sehingga jika kadar substrat
dinaikkan Vo tidak berubah
• Kadar substrat yang dibutuhkan agar
Vo=1/2Vo max disebut Km (konstanta
michaelis-menten)
![Page 33: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/33.jpg)
Hubungan antara [S] dan Vo
![Page 34: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/34.jpg)
Persamaan Michaelis-Menten
• Km : affinitas enzim
terhadap substrat
• Km dipengaruhi oleh
struktur substrat,
suhu dan pH
• Kadar substrat intra
sel sekitar harga Km
![Page 35: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/35.jpg)
Pengaruh pH pada Reaksi
Enzimatik
• Enzim merupakan protrein jadi peka
terhadap perubahan pH
• Pada pH yang terlalu tinggi atau terlalu
renadah, enzim akan mengalami
denaturasi.
• pH optimim : pH dimana ∆S/t pada tiap-
tiap saat selalu lebih besar dibandingkan
pada pH yang lain.
![Page 36: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/36.jpg)
![Page 37: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/37.jpg)
Hubungan pH dengan
Aktivitas Enzim
![Page 38: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/38.jpg)
Pengaruh Suhu pada Reaksi
Enzimatik
• Pada umumnya reaksi kimia berjalan lebih cepat pada suhu yang lebih tinggi.
• Pada suhu yang tinggi enzim mengalami denaturasi ( pada suhu 70˚C, sebagian besar enzim menjadi inaktif)
• Pada suhu yang meningkat, kecepatan reaksi juga meningkat (Vo), tetapi denaturasi lebih mudah terjadi.
• Suhu optimum selalu berubah tergantung pada waktu.
![Page 39: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/39.jpg)
Pengaruh Suhu pada Reaksi
Enzimatik
![Page 40: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/40.jpg)
Pengaruh Inhibitor
Terhadap Reaksi Enzimatik
• Menghambat reraksi enzimatik
• Dapat berikatan dengan enzim
• Klasifikasi inhibitor:– Berdasar sifat kinetikanya:
• Inhibitor kompetitif (hambatannya dapat dikurangi/ditiadakan dg peningkatan kadar substrat)
• Inhibitor nonkompetitif hambatannya tidak dapat dikurangi/ditiadakan dg peningkatan kadar substrat)
– Berdasar sifat ikatan enzim-inhibitor:• Inhibitor reversibel
• Inhibitor irreversibel
![Page 41: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/41.jpg)
Inhibitor Kompetitif
• Selalu bersifat reversibel
• Inhibitor kompetitif hanya dapat mengikat enzim bebas tetapi tidak dapat mengikat kompleks enzim substrat
• Mekanisme hambatan:– Inhibitor analog substrat: inhibitor memiliki struktur
yang mirip dengan substrat sehingga dapat terikat pada active site.
– Steric hindrance inhibitor: inhibitor tidak terikat pada active site, tetapi dapat menghalangi substrat terikat pada active site karena terjadi halangan sterik.
![Page 42: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/42.jpg)
Inhibitor Kompetitif Analog Substrat
![Page 43: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/43.jpg)
Inhibitor Kompetitif 2
• Contoh :
– Sulfanilamid (struktur mirip PABA): inhibitor
dihidropteroat sintetase
– Fisosstigmin (mirip asetilkolin) : inhibitor
asetilkolinesterase
– Asetazolamide: inhibitor enzim anhidrase
asam karbonat
![Page 44: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/44.jpg)
Inhibitor Kompetitif Steric Hindrance
![Page 45: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/45.jpg)
![Page 46: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/46.jpg)
Inhibitor nonkompetitif
• Inhibitor nonkompetitif reversibel : – dapat berikatan denga enzim bebas maupun
kompleks enzim substrat
– Terikat pada tempat yang berbeda denga pengikatan substrat
– “Menurunkan kadar enzim yang aktif”
• Inhibitor nonkompetitif irreversibel – Berikatan dengan enzim secara irreversibel
– Merubah konformasi enzim atau active site, sehingga enzim menjadi inaktif
– Contoh: Hg2+, Ag2+, Ba2+
![Page 47: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/47.jpg)
Inhibitor Nonkompetitif Reversibel
![Page 48: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/48.jpg)
Inhibitor Nonkompetitif Reversibel
![Page 49: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/49.jpg)
Perbandingan produk
metabolit primer dan sekunder
(a). (b).
Sel Trofofase Idiofase
Berat atau Produksi Berat atau penggunaan
jumlah sel alkohol penggunaan jumlah sel gula
gula
Produksi penisilin
Waktu Waktu
![Page 50: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/50.jpg)
Substrat Pertumbuhan Substrat Pertumbuhan
Sel Metabolit Sel Metabolit
Primer Primer
Sel dan metabolit dihasilkan
Kurang atau lebih simultan
Metabolit sekunder
Setelah sel dan metabolit primer
dihasilkan, sel merubah metabolit
Substrat Pertumbuhan primer menjadi sekunder.
sel Metabolit
Primer
Metabolit
sekunder
Setelah sel dihasilkan, selanjutnya substrat
pertumbuhan dirubah menjadi metabolit
sekunder
![Page 51: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/51.jpg)
Latihan soal
• Suatu penelitian mengenai produksi etanol oleh
bakteri Zymomonas mobilis pada biakan curah
diperoleh hasil sebagai berikut:
Waktu (jam) Biomassa
(g/l)
Glukosa (g/l) Etanol
(g/l)
5
9
14
18
22
24
26
30
35
0,05
0,15
0,45
1,20
2,80
3,40
3,80
4,15
4,20
247
240
225
195
130
100
75
40
25
1.5
5
12
22
47
63
74
90
100
![Page 52: Kuliah,Kinetika Pertumbuhan Mikroba](https://reader034.fdokumen.com/reader034/viewer/2022042504/55721374497959fc0b925654/html5/thumbnails/52.jpg)
Tentukanlah !
a. Laju pertumbuhan spesifik
b. Rendemen biomassa
c. Rendemen hasil (etanol yang dihasilkan)