METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

22
METABOLISME MIKROBA Oleh ; I Wayan Suberata, S.Si.,M.Si I. PENDAHULUAN Latar Belakang Dalam kehidupan, mahluk hidup memerlukan energi yang diperoleh dari proses metabolisme. Metabolisme adalah suatu ciri yang dimiliki makhluk hidup yang merupakan serangkaian reaksi kimia di dalam sel. Reaksi-reaksi ini tersusun dalam jalur-jalur metabolisme yang rumit dengan mengubah molekul-molekul melalui tahapan-tahapan tertentu. Secara keseluruhan metabolisme bertanggung jawab terhadap pengaturan materi dan sumber energi dari sel. Metabolisme terjadi pada semua mahluk hidup termasuk kehidupan mikroba. Metabolisme merupakan serentetan reaksi kimia yang terjadi dalam sel hidup. Dalam metabolisme ada dua fase yaitu katabolisme dan anabolisme. Secara menyeluruh sebagian besar katabolisme adalah respirasi seluler di mana glukosa dan bahan bakar organik yang lain dipecah menjadi karbon dan air dengan membebaskan energi. Energi yang diperoleh disimpan dalam molekul-molekul organik dan digunakan untuk melakukan kerja dari sel. Kebalikan dari katabolisme adalah anabolisme, yang merupakan serangkaian reaksi-reaksi kimia yang membutuhkan energi untuk membentuk molekul-molekul besar dari molekul-molekul yang lebih kecil, misalnya pembentukan protein dari asam amino. Bila dalam suatu reaksi menghasilkan energi maka disebut reaksi eksergonik dan apabila untuk dapat berlangsungnya suatu reaksi diperlukan energi reaksi ini disebut reaksi endergonik. Kegiatan metabolisme meliputi proses perubahan yang dilakukan untuk sederetan reaksi enzim yang berurutan. Untuk mempercepat laju reaksi-reaksi diperlukan enzim-enzim tertentu pada setiap tahapan reaksi.

Transcript of METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

Page 1: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

METABOLISME MIKROBA Oleh ; I Wayan Suberata, S.Si.,M.Si

I. PENDAHULUAN

Latar Belakang

Dalam kehidupan, mahluk hidup memerlukan energi yang diperoleh dari proses

metabolisme. Metabolisme adalah suatu ciri yang dimiliki makhluk hidup yang merupakan

serangkaian reaksi kimia di dalam sel. Reaksi-reaksi ini tersusun dalam jalur-jalur metabolisme

yang rumit dengan mengubah molekul-molekul melalui tahapan-tahapan tertentu. Secara

keseluruhan metabolisme bertanggung jawab terhadap pengaturan materi dan sumber energi dari

sel. Metabolisme terjadi pada semua mahluk hidup termasuk kehidupan mikroba.

Metabolisme merupakan serentetan reaksi kimia yang terjadi dalam sel hidup. Dalam

metabolisme ada dua fase yaitu katabolisme dan anabolisme. Secara menyeluruh sebagian besar

katabolisme adalah respirasi seluler di mana glukosa dan bahan bakar organik yang lain dipecah

menjadi karbon dan air dengan membebaskan energi. Energi yang diperoleh disimpan dalam

molekul-molekul organik dan digunakan untuk melakukan kerja dari sel. Kebalikan dari

katabolisme adalah anabolisme, yang merupakan serangkaian reaksi-reaksi kimia yang

membutuhkan energi untuk membentuk molekul-molekul besar dari molekul-molekul yang lebih

kecil, misalnya pembentukan protein dari asam amino.

Bila dalam suatu reaksi menghasilkan energi maka disebut reaksi eksergonik dan apabila

untuk dapat berlangsungnya suatu reaksi diperlukan energi reaksi ini disebut reaksi endergonik.

Kegiatan metabolisme meliputi proses perubahan yang dilakukan untuk sederetan reaksi enzim

yang berurutan. Untuk mempercepat laju reaksi-reaksi diperlukan enzim-enzim tertentu pada

setiap tahapan reaksi.

Page 2: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

II. PEMBAHASAN

A. ANABOLISME DAN KATABOLISME

Metabolisme merupakan seluruh peristiwa reaksi-reaksi kimia yang berlangsung dala sel

makhluk hidup. Metabolisme terdiri atas dua proses, yaitu anabolisme dan katabolisme.

Anabolisme adalah penyusunan senyawa kimia sederhana menjadi senyawa kimia atau

molekul komplek (Prawirohartono dan Hadisumarto, 1997). Pada peristiwa ini diperlukan energi

dari luar. Energi yang digunakan dalam reaksi ini dapat berupa energi cahaya ataupun energi

kimia. Energi tersebut, selanjutnya digunakan untuk mengikat senyawa-senyawa sederhana

tersebut menjadi senyawa yang lebih kompleks. Jadi, dalam proses ini energi yang diperlukan

tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan dalam bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks

yang terbentuk. Energi yang digunakan dalam anabolisme dapat berupa energi cahaya atau

energi kimia. Anabolisme yang menggunakan energi cahaya dikenal dengan fotosintesis,

sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia dikenal dengan kemosintesis.

Katabolisme adalah reaksi pemecahan/pembongkaran senyawa kompleks menjadi

senyawa-senyawa yang lebih sederhana dengan menghasilkan energi yang dapat digunakan

organisme untuk melakukan aktivitasnya. Fungsi reaksi katabolisme adalah untuk menyediakan

energi dan komponen yang dibutuhkan oleh reaksi anabolisme.

Gambar Anabolisme dan Katabolisme

Page 3: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

B. PRODUKSI ENERGI OLEH MIKROBA (RESPIRASI, FERMENTASI DAN

FOTOSINTESIS)

Sel-sel bakteri seperti halnya sel semua organisme hidup, umumnya melakukan aktivitas

kehidupan untuk kelangsungan hidupnya. Semua sel membutuhkan suatu sumber energi.

Walaupun sangat beraneka ragam jenis substansi yang berperan sebagai sumber energi bagi

mikroorganisme, namun terdapat pola dasar metabolisme yang sangat sederhana yaitu terjadi

perubahan dari satu bentuk energi yang kompleks menjadi bentuk energi yang lebih sederhana,

sehingga dapat masuk ke dalam rangkaian metabolik.

MENGAPA MIKROBA MEMERLUKAN ENERGI ?

• Synthesa bagian sel (dinding sel,

membran sel, dan substansi sel

lainnya)

• Synthesis Enzim, Asam Nukleat,

Polysakarida, Phospholipids, atau

komponen sel lainnya

• Mempertahankan kondisi sel

(optimal) dan memperbaiki

bagian sel yang rusak

• Pertumbuhan dan Perbanyakan

• Penyerapan hara dan ekskresi

senyawa yang tidak diperlukan

atau waste products

• Pergerakan (Motilitas)

Bakteri dapat mengubah zat kimia dan energi radiasi kebentuk yang berguna untuk

kehidupannya melalui proses respirasi, fermentasi dan fotosintesis. Dalam respirasi, molekul

oksigen adalah penerima elektron utama, sementara dalam fermentasi molekul bahan makanan

biasanya pecah menjadi dua bagian, dimana yang satu kemudian dioksidasi oleh yang lainnya.

Dalam fotosintesis, energi cahaya diubah menjadi energi kimia. Bagaimanapun, dalam semua

jenis sel dan tanpa menghiraukan mekanisme yang digunakan untuk mengekstrak energi, reaksi

tersebut diiringi oleh pembentukan Adenosine Triphosphate (ATP). ATP adalah perantara yang

Page 4: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

umum (reaktan) baik dalam reaksi yang menghasilkan energi maupun reaksi-reaksi yang

membutuhkan energi dan pembentukannya memerlukan mekanisme dimana energi yang

tersedia dapat disalurkan kedalam reaksi biosintesis dari sel yang memerlukan energi.

1. Respirasi

Respirasi merupakan proses disimilasi, yaitu proses penguraian zat yang membebaskan

energi kimia yang tersimpan dalam suatu senyawa organik. Dalam proses ini, terjadi

pembongkaran suatu zat makanan sehingga menghasilkan energi yang diperlukan oleh

organisme tersebut. Saat molekul terurai menjadi molekul yang lebih kecil, terjadi pelepasan

energi, reaksinya disebut eksorgenik. Respirasi merupakan salah satu dari reaksi katabolik.

Berdasarkan kebutuhan terhadap oksigen bebas, respirasi dibedakan atas dua macam, yaitu:

A. Respirasi aerob, yaitu respirasi yang membutuhkan oksigen bebas. Pada proses ini, oksigen

merupakan senyawa penerima hidrogen akhir.

B. Respirasi anaerob, yaitu respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas. Pada proses ini,

senyawa seperti asam piruvat dan asetaldehid berfungsi sebagai penerima hidrogen terakhir.

A. Respirasi Aerob

Respirasi secara aerob, terjadi didalam sitoplasma dan berlangsung melalui empat tahap, yaitu:

1) Glikolisis

Glikolisis merupakan pengubahan glukosa menjadi piruvat dan ATP tanpa membutuhkan

oksigen. Proses glikolisis terdiri atas 10 tahap, yaitu:

a) Tahap 1: Glukosa yang masuk kedalam sel mengalami fosfolirasi dengan bantuan enzim

heksokinase dan menghasilkan glukosa 6-fosfat. Untuk keperluan ini ATP diubah menjadi ADP

agar diperoleh energi.

b) Tahap 2: Glukosa 6-fosfat diubah oleh enzim fosfoglukoisomerase menjadi bentuk isomernya

berupa fruktosa 6-fosfat.

c) Tahap 3: Dengan menggunakan energi hasil perubahan ATP menjadi ADP, fruktosa 6-fosfat

diubah oleh enzim fosfofruktokinase menjadi fruktosa 1,6-bifosfat

d) Tahap 4: Enzim aldolase mengubah fruktosa 1,6-bifosfat menjadi dihidroksiaseton fosfat dan

gliseraldehida fosfat.

e) Tahap 5: Terjadi perubahan reaksi bolak balik antara dihidroksi aseton fosfat dengan

gliseraldehid fosfat sehingga akhirnya hanya gliseraldehid fosfat saja yang digunakan untuk

reaksi berikutnya.

Page 5: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

f) Tahap 6: Melalui bantuan enzim triosofosfat dehidrogenase, terjadi perubahan dari gliseraldehid

fosfat menjadi 1,3-bifogliserat. Dalam tahap ini juga terjadi transfer elektron sehingga NAD

berubah menjadi NADH, serta pengikatan fosfat anorganik dari sitoplasma.

g) Tahap 7: Terjadi perubahan dari 1,3-bifogliserat menjadi 3-fosfogliserat dengan bantuan enzim

fosfogliserokinase. Pada tahap ini juga terjadi pembentukan dua molekul ATP dengan

menggunakan gugus fosfat yang sudah ada pada reaksi sebelumnya.

h) Tahap 8: Terjadi perubahan 3-fosfogliserat menjadi 2-fosfogliserat karena enzim

fosfogliseromutase memindahkan gugus fosfatnya.

i) Tahap 9: Terjadi pembentukan fosfoenol piruvat (PEP) dan 2-fosfogliserat dengan bantuan

enzim enolase, sekaligus juga terjadi pembentukan 2 molekul air.

j) Tahap 10: Terjadi perubahan fosfoenol piruvat (PEP) menjadi asam piruvat dengan enzim

piruvatkinase, serta terjadi pembentukan 2 molekul ATP

Dengan demikian, pada akhir glikolisis akan dihasilkan 2 molekul asam piruvat yang

berkarbon 3, 2 ATP dan 2 NADH dari setiap perubahan 1 molekul glukosa.

2) Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat berlangsung didalam mitokondria dan merupakan reaksi

kimia yang mengawali siklus krebs. Dalam peristiwaini terjadi perubahan asam piruvat menjadi

molekul asetil-KoA. Asetil KoA merupakan senyawa berkarbon dua. Dalam dua peristiwa ini

juga dihasilkan satu molekul NADH untuk setiap pengubahan molekul asam piruvat menjadi

asetil-KoA.

3) Siklus Krebs (Daur Asam Sitrat)

Kondisi aerob dalam organisme berlangsung pada dua tahapan berikutnya, yaitu siklus krebs dan

transpor elektron. Pada organisme eukariotik, proses ini berlangsung pada matriks dalam

mitokondira sedangkan pada prokariotik, berlangsung dalam sitoplasma. Tahapan siklus krebs

adalah sebagai berikut:

a) Asam piruvat dari proses glikolisis, selanjutnya masuk ke siklus krebs setelah bereaksi dengan

NAD+ (Nikotinamida adenine dinukleotida) dan ko-enzim A atau Ko-A, membentuk asetil Ko-

A. Dalam peristiwa ini, CO2 dan NADH dibebaskan. Perubahan kandungan C dari 3C (asam

piruvat) menjadi 2C (asetil ko-A).

b) Reaksi antara asetil Ko-A (2C) dengan asam oksalo asetat (4C) dan terbentuk asam sitrat (6C).

Dalam peristiwa ini, Ko-A dibebaskan kembali.

Page 6: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

c) Asam sitrat (6C) dengan NAD+ membentuk asam alfa ketoglutarat (5C) dengan membebaskan

CO2.

d) Peristiwa berikut agak kompleks, yaitu pembentukan asam suksinat (4C) setelah bereaksi dengan

NAD+ dengan membebaskan NADH, CO2 dan menghasilkan ATP setelah bereaksi dengan ADP

dan asam fosfat anorganik.

e) Asam suksinat yang terbentuk, kemudian bereaksi dengan FAD (Flarine Adenine Dinucleotida)

dan membentuk asam malat (4C) dengan membebaskan FADH2.

f) Asam malat (4C) kemudian bereaksi dengan NAD+ dan membentuk asam oksaloasetat (4C)

dengan membebaskan NADH, karena asam oksalo asetat akan kembali dengan asetil ko-A

seperti langkah ke 2 di atas.

Dapat disimpulkan bahwa siklus krebs merupakan tahap kedua dalam respirasi aerob yang

mempunyai tiga fungsi, yaitu menghasilkan NADH, FADH2, ATP serta membentuk kembali

oksaloasetat. Oksaloasetat ini berfungsi untuk siklus krebs selanjutnya. Dalam siklus krebs,

dihasilkan 6 NADH, 2 FADH2, dan 2 ATP.

Gambar Siklus Krebs

Page 7: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

4) Transpor Elektron

Pada dasarnya, transpor elektron merupakan peristiwa pemindahan elaktron dari . Elektron

tersebut berasal dari NADH dan FADH dari suatu substrat ke substrat lain secara berantai

disertai pembentukan ATP melalui proses Fosforilasi okeidatif. Fosforilasi oksidatif merupakan

proses penambahan gugus posfat anorganik ke molekul ADP. Dalam transpor elektron, yang

menjadi penerima elektron terakhir adalah oksigen sehingga pada akhir peristiwa ini terbentuk

O.NADH dan FADH dalam transpor elektron berfungsi sebagai senyawa pereduksi

yangmenghasilkan ion hidrogen. Setiap molekul NADH yang memasuki rantai transpor elektron

akan menghasilkan 3 molekul ATP, dan setiap molekul FAD akan menghasilkan 2 molekul

ATP.

B. Respirasi Anaerob (Fermentasi)

Fermentasi adalah proses pembebasan energi tanpa oksigen. Ciri-ciri dari fermentasi adalah:

1. Terjadi pada organisme yang tidak membutuhkan oksigen bebas.

2. Tidak terjadi penyaluran elektron ke siklus krebs dan transpor elektron.

3. Energi (ATP) yang terbentuk lebih sedikit jika dibandingkan dengan respirasi aerob yaitu 2

molekul ATP setiap mol glukosa.

4. Jalur yang ditempuh ialah glikolisis dan pembentukan alkohol (fermentasi alkohol) dan

pembentukan asam laktat.

5. Menghasilkan produk berupa asam-asam organik, alkohol dan gas.

6. Organisme anaerobik juga menghasilkan energi, yaitu melalui reaksi-reaksi yang disebut

fermentasi yang menggunakan bahan organik sebagai donor dan akseptor elektron. Bakteri

anaerobik fakultatif dan bakteri anaerobik obligat menggunakan berbagai macam fermentasi

untuk menghasilkan energi. Misalnya pada bakteri Streptococus lactis menggunakan fermentasi

asam laktat untuk perolehan energi yaitu dengan menguraikan glukosa menjadi asam laktat

melalui proses glikolisis, satu molekul glukosa diubah menjadi dua molekul asam piruvat disertai

dengan pembentukan dua NADH + . Asam piruvat tersebut diubah menjadi asam laktat dalam

reaksi berikut:

COOH COOH

2 C = 0 + 2NADH + 2 2H – C – OH + 2NA

C C

Page 8: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

Jalur-Jalur Fermentasi

Organisme dan produk fermentasi

Sebagaimana ditujukkan dalam skema di atas, selain menghasilkan asam piruvat sebagai

produk akhir juga dihasilkan 2 molekul NHDH yang harus dioksidasi. Tergantung pada tipe

mikroorganismenya asam piruvat (CH3COCOOH) dimetabolisme lebih lanjut untuk

menghasilkan produk akhir fermentasi sebagaimana ditunjukkan dalam skema berikut:

a) Fermentasi Asam homolaktat. Dilakukan oleh beberapa bakteri Streptococcus dan Laktobacillus.

b) Fermentasi Alkohol. Dilakukan oleh Yeast.

c) Fermentasi Asam Campuran, dilakukan Escherichia coli dan beberapa bacteri anterik lainnya.

d) Fermentasi butylen-glikol, dilakuka 0leh Enterobacter, Pseudomonas dan Bacillus.

e) Fermentasi Asam propionate. Dilakukan oleh Propioniacterium dan Veillonela. CO2 asam

piruvat….. asam asetat 2 oksalo asetat 2CO2 enzyme bond 2 asam suksinat propionil Co A asam

propionat suksinil Co A 2 methil malonil Co A

Energi yang bergabung dalam ikatan propiionil Co A disimpan oleh reaksi propionil Co A

dengan asam ukinat membentuk suksinil CoA dan asam propionat bebas. Selanjutnya CO2 yang

dibebaskan dari decarboksilasi metil malonil CoA tetap berikatan dengan enzim yang

mengandung biotin yang akan mentransfer CO2 kepada asam piruvat membentuk asam aksalo

Page 9: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

asetat. Organisma ini juga dapat membentuk oksalo asetat dari reaksi PRP (Phosphoenol piruvat)

dengan CO2 bebas.

f) Fermentasi Asam Butirat, butanol dan aseton

Bakteri yang melakukan fermentasi tersebut adalah Clostridium.

Dari skema tersebut dapat diketahui bahwa berbagai macam senyawa yang dapat

berperan sebagai aseptor elektron terakhir. Jadi produk akhir dari fermentasi juga bervariasi.

Dalam hal fermentasi asam laktat atau alkohol, hanya satu macam. Pada fermentasi lain seperti

campuran asam atau asam butirat menggunakan bermacam aseptor elektron dan produk

fermentasi juga bervariasi. Tidak semua bakteri melakukan metabolisma gula melalui jalur

embden-meyerhof, tetapi ada beberapa alternatif penguraian glukosa menghasilkan tipe

fermentasi.

2. Fotosintesis

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan karbohidrat yang

dilakukan oleh tumbuhan, terutama tumbuhan yang mengandung zat hijau daun atau klorofil.

Selain tumbuhan berklorofil, makhluk hidup non-klorofil lain yang berfotosintesis adalah alga

dan beberapa jenis bakteri. Organisme ini berfotosintesis dengan menggunakan zat hara, karbon

dioksida dan air serta bantuan energi cahaya matahari.

Terjadi pada algae, tumbuhan dan beberapa prokariotik:

• Terdiri atas 2 reaksi utama: Photophosphorylation (reaksi terang) dan fiksasi karbon dioksida

(reaksi gelap).

1. Photophosphorylation (Reaksi terang)

Pada reaksi terang, cahaya mengenai klorofil a yang menyebabkan elektron tereksitasi sehingga

mempunyai energi lebih tinggi. Dalam satu rangkaian reaksi kimia, energi tersebut akan diubah

menjadi ATP dan NADPH. Air akan terurai dan melepaskan oksigen sebagai satu produk reaksi.

ATP dan NADPH akan digunakan untuk membuat karbohidrat pada reaksi gelap.

2. Fiksasi Karbon Dioksida (Reaksi Gelap)

Fiksasi karbon dikenal sebagai reaksi gelap. Enam molekul gas asam arang masuk ke dalam

sel melalui stomata dan akan diikat oleh ribulosa bifosfat (RuBP). RuBP merupakan suatu

senyawa berkarbon 5 yang akan diubah menjadi satu molekul gula. Peristiwa ini terjadi di dalam

stroma dan telah diperkenalkan oleh Melvin Calvin sehingga selanjutnya dikenal dengan siklus

calvin.

Page 10: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

Pada kelompok bakteri dapat dibedakan atas: anoxygenic dan oxygenic photosynthesis.

a. Anoxygenic Photosynthesis

Proses fotosintesis yang tidak menghasilkan O2 dan H2S berperan sebagai donor elektron.

Anoxygenic photosynthesis ditemukan pada:

• Green sulfur bacteria (e.g. Chlorobium)

• Green nonsulfur bacteria (e.g. Chloroflexus)

• Purple sulfur bacteria (e.g. Chromatium)

• Purple nonsulfur bacteria (e.g. Rhodobacter)

Donor Electron bervariasi:

• H2S atau senyawa organik pada green dan purple sulfur bacteria.

• H2 atau senyawa organik pada green and purple nonsulfur bacteria.

Hanya memiliki satu fotosistem

• Pada green bacteria, photosystem sama dengan PSI.

• Pada purple bacteria, photosystem sama dengan PSII.

Fungsi utama adalah menghasilkan ATP melalui cyclic photophosphorylation.

Page 11: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

b. Oxygenic photosynthesis

Proses fotosintesis yang menghasilkan O2 dan H2S berperan sebagai donor elektron.

Ditemukan pada Cyanobacteria (blue-green algae) dan organisme eukariotik yang memiliki

kloroplas.

Donor electron adalah H2O: teroksidasi membentuk O2.

Melalui 2 fotosistem yaitu PSI dan PSII.

Fungsi umum menghasilkan NADPH dan ATP untuk fiksasi karbon.

C. STRUKTUR ENZIM

Enzim merupakan substansi yang ada dalam sel dalam jumlah yang amat kecil dan

mampu menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan yang berkaitan dengan proses-proses

seluler dan kehidupan. Nama lain dari enzim adalah fermen; nama enzim berasal dari bahasa

Yunani yang berarti “dalam ragi”.

Keseluruhan bagian enzim yang disebut holoenzim tersusun atas dua komponen utama,

yaitu komponen protein (apoenzim) dan komponen nonprotein (gugus prostetik). Fungsi enzim

sangat ditentukan oleh gugus apoenzimnya karena pada bagian tertentu merupakan tempat

melekatnya substrat dan sekaligus tempat mereksikan substrat. Bagian pada gugus protein yang

berfungsi sebagai pusat katalitik enzim disebut sisi aktif. Komponen nonprotein (gugus prostetik)

dibedakan menjadi gugus kofaktor dan koenzim. Gugus kofaktor tersusun atas zat anorganik

yang umumnya berupa logam, misalnya Cu, Fe, Mn, Zn, Ca, K dan Co. Gugus koenzim

merupakan senyawa organik nonprotein yang tidak melekat erat pada bagian protein enzim,

contohnya NAD, NADP dan koenzim A.

Ada dua tipe enzim, yaitu eksoenzim atau enzim ekstraseluler atau enzim di luar sel dan

endoenzim atau enzim intraseluler atau enzim di dalam sel. Fungsi utama dari eksoenzim adalah

melangsungkan perubahan-perubahan pada nutrien di sekitarnya sehingga memungkinkan

nutrien tersebut memasuli sel; dengan mengambil zat makanan yang ada di sekeliling sel.

Misalnya, enzim amilase menguraikan zat pati menjadi unit-unit gula yang lebih kecil.

Sedangkan fungsi endoenzim untuk mensintesis bahan seluler dan menguraikan nutrien untuk

Page 12: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

menyediakan energi yang dibutuhkan oleh sel, misalnya heksokinase mengkatalisis fosforilase

glukosa dan heksosa (senyawa-senyawa gula sederhana) di dalam sel.

D. SIFAT ENZIM

Sebagai molekul zat yang mempunyai peranan besar dalam metabolisme, enzim memiliki

beberapa sifat penting, di antaranya sebagai berikut:

1) Enzim adalah Suatu Protein

Ini terbukti karena enzim di dalam larutan membentuk suatu koloid. Keadaan ini akan

memungkinkan luasnya permukaan enzim sehingga bidang aktivitasnya juga besar.

2) Bekerja Secara Khusus (Spesifik)

Enzim tertentu hanya dapat mempengaruhi reaksi tertentu dan tidak dapat mempengaruhi reaksi

lainnya. Sebagai contoh: di dalam usus rayap terdapat protozoa yang menghasilkan enzim

selulase sehingga rayap dapat hidup dengan makan kayu karena dapt mencerna selulosa (salah

satu jenis karbohidrat/polisakarida). Sebaliknya manusia tidak dapat mencerna kayu, meskipun

mempunyai enzim amilase, yaitu enzim yang dapat mencerna amilum/pati (yang juga merupakan

jenis polisakarida). Enzim amilase dan selulase masing-masing bekerja secara khusus.

3) Enzim sebagai Katalisator. Artinya sebagai zat yang mampu mempercepat reaksi kimia, tetapi

enzim tidak ikut bereaksi. Dengan demikian, enzim tidak diperlukan dalam jumlah yang banyak.

Dalam jumlah sedikit saja enzim telah menyelenggarakan suatu perubahan zat yang beribu-ribu

kali lebih berat daripada berat molekulnya sendiri. Contohnya, sebuah molekul enzim katalase

mampu mengubah 5 juta molekul H2O2 tanpa enzim itu mengalami perubahan.

4) Dapat digunakan Berulang Kali

Enzim dapat digunakan berulang kali karena enzim tidak berubah pada saat terjadi reaksi.

Meskipun dalam jumlah sedikit, adanya enzim dalam suatu reaksi yang dikatalisirnya akan

mempercepat reaksi, karena enzim yang telah bekerja dalam reaksi tersebut dapat digunakan

kembali.

5) Rusak oleh Panas

Enzim adalah suatu protein yang dapat rusak oleh panas disebut denaturasi. Kebanyakan enzim

rusak pada suhu di atas 50°C. Reaksi kimia akan meningkat dua kali lipat dengan kenaikan suhu

sebesar 10°C. Kenaikan suhu di atas suhu 50°C tidak dapat meningkatkan reaksi yang dikatalisir

oleh enzim, tetapi justru menurunkan atau menghentikan reaksi tersebut. Hal ini disebabkan

Page 13: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

enzimnya rusak sehingga enzim tersebut tidak dapat bekerja. Demikian juga pada suhu rendah,

suhu rendah tidak merusak enzim tetapi hanya tidak aktif saja.

6) Dapat Bekerja Bolak-Balik

Umumnya enzim dapat bekerja secara bolak-balik. Artinya, suatu enzim dapat bekerja

menguraikan suatu senyawa menjadi senyawa-senyawa lain dan sebaliknya dapat pula bekerja

menyusun senyawa-senyawa itu menjadi senyawa semula. Pada tumbuhan, proses fotosintesis

menghasilkan glukosa. Apabila glukosa yang dihasilkan dalam jumlah banyak, maka glukosa

tersebut diubah dan disimpan dalam bentuk pati. Pada saat diperlukan, misalnya untuk

pertumbuhan, pati yang disimpan sebagai cadangan makanan tersebut diubah kembali menjadi

glukosa.

Penghambatan umpan balik (Feedback Inhibition)Penumpukan produk akhir menghambat kerja enzim pertama

dalam rangkaian reaksi tersebut sehingga produksi enzim selanjutnya ditunda

E. MEKANISME KERJA ENZIM

Reaksi enzimatis akan berlangsung apabila substrat tersedia dan bagian sisi aktif enzim

dalam keadaan kosong. Substrat akan memasuki bagian sisi aktif enzim dan bagian sisi aktif

tersebut akan mengalami perubahan bentuk dengan mengelilingi substrat. Kemudian

terbentuklah ikatan lemah enzim-substrat. Di dalam sisi aktif, substrat akan diubah menjadi

Page 14: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

produk, selanjutbya akan dilepaskan dari enzim. Begitu seterusnya sampai bagian sisi aktif

tersebut dapat ditempati oleh substrat yang lain.

DEFINISI DAN KARAKTERISTIK KERJA ENZIM

Protein dengan aktivitas katalitik yang mempercepat reaksi kimia tanpa ikut dalam reaksi tersebut

Teori Kunci-Anak kunci

Penurunan energi aktivasi

Ukuran molekul enzim > substrat

Reaksi dipercepat pada suhu alami

Enzim dapat bekerja dengan beberapa cara:

1. Menurunkan energi aktivasi dengan menciptakan suatu lingkungan yang mana keadaan transisi

terstabilisasi. Contohnya mengubah bentuk substrat menjadi konformasi keadaan transisi ketika

ia terikat dengan enzim.

2. Menurunkan energi dalam keadaan transisi tanpa mengubah bentuk substrat dengan

menciptakan lingkungan yang memiliki distribusi muatan yang berlawanan dengan keadaan

transisi.

3. Menyediakan lintasan reaksi alternatif. Contohnya bereaksi dengan substrat sementara waktu

untuk membentuk kompleks enzim-substrat antara.

4. Menurunkan perubahan entropi reaksi dengan menggiring substrat bersama pada orientasi yang

tepat untuk bereaksi. Menariknya, efek entropi ini melibatkan destabilisasi keadaan dasar dan

kontribusinya terhadap katalis relatif kecil.

Mekanisme kerja enzim dapat dijelaskan dengan dua hipotesis, yaitu hipotesis gembok

dan anak kunci dan hipotesis kecocokan yang terinduksi.

a. Hipotesis Gembok dan Anak Kunci (Lock and Key)

Page 15: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

Menurut hipotesis yang dikemukakan oleh Emil Fischer, bagian sisi aktif enzim mempunyai

bentuk spesifik dan tidak fleksibel. Suatu enzim hanya dapat ditempati oleh substrat tertentu saja.

Enzim dan substrat bergabung bersama membentuk kompleks, seperti kunci yang masuk dalam

gembok. Di dalam kompleks, substrat dapat bereaksi dengan energi aktivasi yang rendah.

Setelah bereaksi, kompleks lepas dan melepaskan produk serta membebaskan enzim.

Gambar Hipotesis Gembok dan Anak Kunci (Lock and Key)

b. Hipotesis Induced Fit

Menurut hipotesis ini, bagian sisi aktif enzim bersifat fleksibel terhadap substrat yang masuk.

Apabila ada substrat yang masuk ke bagian sisi aktif, maka bagian ini akan mengalami

perubahan bentuk mengikuti substrat. Ketika produk sudah terlepas dari kompleks, selanjutnya

enzim tidak aktif menjadi bentuk yang lepas. Sehingga, substrat yang lain kembali bereaksi

dengan enzim tersebut.

Page 16: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

F. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZIM

Faktor-faktor yang berpengaruh pada kerja enzim adalah suhu, pH, zat penghambat

(inhibitor), konsentrasi substrat dan hasil akhir.

1) Suhu

Peningkatan suhu dapat meningkatkan kecepatan reaksi sampai batas suhu tertentu. Hal ini

disebabkan jika molekul bergerak lebih cepat, maka substrat akan berikatan lebih cepat pada sisi

aktif. Setelah melewati batas suhu tertentu, enzim akan mengalami denaturasi. Denaturasi adalah

perubahan struktur secara kimiawi karena terjadi gangguan pada ikatan hidrogen, ikatan ionik

dan ikatan lemah lainnya yang menyebabkan struktur enzim rusak. Jika kenaikan suhu terus terus

menerus, maka kemampuan kerja enzim menurun, bahkan berhenti. Demikian pula jika terjadi

penurunan suhu, maka enzim tidak bisa bekerja karena menjadi tidak aktif pada suhu rendah

(0°C atau di bawahnya), tetapi tidak rusak. Jika suhunya kembali normal enzim mampu bekerja

kembali. Setiap enzim mempunyai suhu optimum tertentu, yaitu suhu yang paling baik untuk

melangsungkan reaksi secara maksimal. Enzim bekerja optimal pada suhu 30°C atau pada suhu

tubuh.

2) pH (Derajat Keasaman)

Enzim bekerja optimal pada pH tertentu, umumnya pada pH netral. Pada kondisi asam atau basa,

kerja enzim terhambat. Agar enzim dapat bekerja secara maksimal, pada penelitian/percobaan

yang menggunakan enzim, kondisi pH larutan dijaga agar tidak berubah, yaitu dengan

menggunakan larutan penyangga (buffer).

3) Zat Penghambat (Inhibitor)

Zat yang dapat menghambat kerja enzim disebut inhibitor. Inhibitor merupakan senyawa kimia

yang bersifat menghambat kerja enzim. Zat tersebut memiliki struktur seperti enzim yang dapat

masuk ke substrat atau ada yang memiliki struktur seperti substrat sehingga enzim salah masuk

ke penghambat tersebut. Hambatan enzim dapat dikelompokkan ke dalam tipe reversible (dapat

balik) dan non-reversible (tidak dapat balik). Inhibitor reversibel adalah zat penghambat yang

tidak berkaitan secara kuat dengan enzim, sedangkan inhibitor irreversible merupakan

penghambat yang berkaitan dengan sisi aktif enzim secara kuat sehingga tidak dapat terlepas.

Hambatan reversible dibagi menjadi inhibitor kompetitif dan non kompetitif. Inhibitor kompetitif

merupakan senyawa kimia yang menyerupai substrat yang dapat bereaksi dengan sisi aktif

enzim. Jika sisi aktif enzim sudah terisi oleh inhibitor kompetitif, maka substrat tidak dapat

Page 17: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

berikatan dengan enzim. Untuk mengatasi hal ini, jumlah substrat harus ditingkatkan sehingga

substrat mempunyai kesempatan dalam bersaing memperebutkan sisi aktif enzim. Inhibitor

nonkompetitif merupakan senyawa kimia yang menghambat kerja enzim dengan cara melekat

pada bagian selain sisi aktif. Hal ini menyebabkan terjadinya perubahan bentuk enzim.

Akibatnya bagian sisi aktif enzim sulit berikatan dengan substrat dan enzim tidak dapat

mengubah substrat menjadi produk.

4) Konsentrasi Substrat

Jumlah substrat yang berlebihan dapat menyebabkan penurunan kerja enzim. Biasanya, sel akan

menambah jumlah enzim dengan cara melakukan sintesis enzim untuk mengatasi hambatan

tersebut.

5) Hasil akhir

Kerja enzim dipengaruhi hasil akhir. Hasil akhir yang menumpuk menyebabkan enzim sulit

“bertemu’ dengan substrat. Semakin menumpuk hasil akhir, semakin lambat kerja enzim.

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZIM

pH dan suhu

Konsentrasi Substrat

G. PERANAN DAN PENAMAAN ENZIM

Tatanama enzim telah diresmikan menurut Persetujuan Internasional dengan bantuan

“Commission of Enzymes of the International Union of Biochemistry”. Namun nama-nama

umum atau nama biasa masih tetap banyak digunakan karena sudah lazim dan mudah. Untuk

Page 18: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

menamakan enzim digunakan akhiran -ase dan ini hanya digunakan untuk enzim tunggal. Untuk

penamaan suatu kompleks yang terdiri dari beberapa enzim didasarkan pada reaksi keseluruhan

yang dikatalisis olehnya menggunkaan sistem. Nama resmi atau nama sistematik dibentuk

menurut aturan-aturan yang pasti, memberikan petunjuk mengenai apa substratnya dan macam

reaksi yang dikatalisnya. Enzim dibedakan menjadi enam kelompok, yaitu : oksidoreduktase,

transferase, hidrolase, liase, isomerase dan ligase.

1. Oksidoreduktase

Reaksi katalitiknya adalah dalam reaksi transfer elektron (pemindahan elektron atau atom

hidrogen). Enzim ini terbagi menjadi enzim oksidase dan enzim reduktase. Enzim oksidase

terbagi menjadi kelompok kecil enzim dehidrogenase dan katalase. Enzim dehidrogenase

memegang peranan penting dalam pengubahan zat-zat organik menjadi hasil-hasil oksidasi.

Enzim katalase menguraikan hidrogen peroksida menjadi air dan hidrogen.

2. Transferase

Enzim transferase mentransfer gugusan kimia fungsional (fosfat, amino, metil, dsb) dari suatu

substrat ke substrat lain. Reaksi pemindahan ini tidak menghasilkan energi, tetapi mengubah

substrat menjadi senyawa yang dapat dioksidasi atau menjadi senyawa yang dapat digunakan

untuk sintesis material sel. Salah satu enzim yang termasuk dalam transferase yakni enzim

transaminase, yang berperan memindahkan gugusan amina dari suatu asam amino ke suatu asam

organik sehingga hasil terakhir berubah menjadi suatu asam amino.

3. Hidrolase

Enzim hidrolase merupakan sekumpulan enzim yang menguraikan suatu zat dengan pertolongan

air, disebut hidrolase karena enzim ini menghidrolisis molekul-molekul besar menjadi

komponen-komponen kecil yang dapat digunakan. Berdasarkan substrat yang diuraikan, enzim

hidrolase dibagi atas kelompok kecil yakni enzim karbohidrase, esterase dan proteinase.

a) Karbohidrase, yakni enzim-enzim yang menguraikan golongan karbohidrat. Misalnya:

Amilase, yakni enzim yang menguraikan amilum (suatu polisakarida) menjadi maltosa

(disakarida).

Maltase, yakni enzim yang menguraikan maltosa menjadi glukosa.

Sukrase, yaitu enzim yang mengubah sukrosa (gula tebu) menjadi glukosa dan fruktosa.

Laktase, yaitu enzim yang mengubah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa.

Page 19: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

Selulase, yakni enzim yang menguraikan selulosa (suatu polisakarida) menjadi selobiosa (suatu

disakarida).

Pektinase, yakni enzim yang menguraikan pektin menjadi asam pektin.

b) Esterase, yakni enzim-enzim yang memecah golongan ester. Misalnya:

Lipase, yaitu enzim yang menguraikan lemak menjadi gliserol dan asam lemak.

Fosfatase, yaitu enzim-enzim yang menguraikan suatu ester hingga terlepas asam fosfat.

c) Proteinase, yakni enzim-enzim yang menguraikan golongan protein. Misalnya:

Peptidase, yaitu enzim yang menguraikan peptida menjadi asam amino.

Gelatinase, yakni enzim yang menguraikan gelatin.

Renin, yaitu enzim yang menguraikan kasein dari susu.

4. Liase

Mengkatalisis reaksi penambahan gugusan ikatan ganda pada molekul dan membuang gugusan

non-hidrolitik dengan meninggalkan ikatan ganda.

5. Isomerase

Enzim Isomerase berperan dalam reaksi isomerasi (pengubahan suatu senyawa menjadi

isomernya, misalnya senyawa yang memiliki atom-atom yang sama tetapi berbeda struktur

molekulnya).

6. Ligase

Enzim ligase berperan dalam reaksi penggabungan dua molekul menjadi satu molekul atau

pembentukan ikatan disertai pemecahan atau penambahan ATP (adenin triphosphat).

H. PENGENDALIAN ENZIM

Enzim bekerja secara serentak dan terkoordinasi sehingga semua kegiatan kimiawi

dalam sel menjadi saling terpadu. Salah satu akibatnya yang jelas adalah sel hidup membutuhkan

dan menguraikan bahan-bahan yang dibutuhkan bagi metabolisme dan pertumbuhan normal. Hal

ini mengisyaratkan adanya mekanisme pengendalian metabolisme selular yang tepat yang pada

akhirnya menyangkut pengendalian kegiatan enzim. Aktivitas enzim dapat diatur melalui 2 cara,

yaitu pengendalian katalis secara langsung dan pengendalian genetik.

Pengendalian langsung mekanisme katalitik itu terjadi dengan mengubah konsentrasi

substrat atau reaktan. Artinya, jika konsentrasi substrat bertambah, maka laju reaksi meningkat

sampai tercapai suatu nilai pembatas dan jika produk menumpuk maka laju reaksi menurun.

Page 20: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

Pangendalian langsung melalui penggandengan dengan proses-proses lain, maksudnya

adalah pengaturan oleh ligan (molekul yang dapat terikat pada enzim) yang tidak ikut berperan

dalam proses katalitik itu sendiri. Ada berbagai macam pengendalian seperti itu, diantaranya:

1. Hambatan arus balik, ligan pengaturnya adalah produk akhir suatu lintasan metabolik yang dapat

menghentikan sintesisnya sendiri dengan cara menghambat aktivitas salah satu enzim pada awal

lintasan biosintetiknya.

2. Aktivasi prekursor, ligan pengaturnya merupakan prekursor pertama suatu lintasan.

3. Pengendalian yang berkaitan dengan energi, ligan pengaturnya adalah reaksi-reaksi yang

berkaitan dengan energi .

4. Sifat-sifat pengikatan enzim pengatur, tidak semua enzim merupakan enzim pengatur yang

aktivitasnya dapat dikendalikan secara langsung. Enzim tersebut dapat dipengaruhi oleh

metabolit pengatur. Enzim pengatur disebut enzim alosterik. Enzim yang berperan pada waktu

sel beradaptasi pada lingkungan yang berubah dalah induksi dan represi enzim.

Pengendalian genetis memiliki dua proses, yaitu induksi dan represi enzim. Untuk

terjadinya sintesis enzim dibutuhkan suatu induser, yaitu substansi berberat molekul rendah dan

bisa berupa substrat atau senyawa dari reaksi yang dikatalis oleh enzim yang bersangkuatan,

prosesnya disebut induksi. Bila substansi berberat molekul rendah baik produk ataupun senyawa

yang sekerabat bagi reaksi yang bersangkutan, berlaku sebagai korepressor dengan cara

mencegah sintesis enzim tersebut, disebut represi.

Page 21: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

III. PENUTUP

A. Simpulan

Metabolisme merupakan seluruh peristiwa reaksi-reaksi kimia yang berlangsung dalam

sel makhluk hidup. Metabolisme terdiri atas dua proses, yaitu anabolisme dan katabolisme.

Anabolisme adalah penyusunan zat kompleks dari zat yang lebih sederhana. Sebaliknya,

katabolisme adalah pemecahan zat komplek menjadi zat yang lebih sederhana disertai dengan

pelepasan energi. Kedua proses metabolisme tersebut merupakan reaksi enzimatis, artinya reaksi

tersebut melibatkan peranan enzim. Enzim adalah suatu protein dan dihasilkan oleh sel hidup.

Enzim adalah protein yang bekerja secara khusus, sebagai katalisator, dapat digunakan berulang

kali, rusak oleh panas tinggi, terpengaruh oleh pH, diperlukan dalam jumlah sedikit dan dapat

bekerja secara bolak-balik. Enzim bekerja dalam mengkatalisis reaksi kimia (biokimia) yang

berlangsung di dalam sel itu sendiri. Faktor-faktor yang mempengaruhi enzim yaitu: suhu

(temperature), derajat keasaman (pH), konsentrasi substrat, zat penghambat (inhibitor) dan hasil

akhir. Mekanisme kerja enzim dapat dijelaskan dengan dua, yaitu hipotesis gembok dan anak

kunci dan hipotesis kecocokan yang terinduksi.

Enzim diklasifikasi dalam berbagai kategori sesuai dengan reaksi yang dikatalisisnya.

Menurut komisi enzim persatuan biokimia internasional (Commission of Enzymes of the

International Union of Biochemistry), enzim dibedakan menjadi enam kelompok, yaitu:

oksidoreduktase, transferase, hidrolase, liase, isomerase dan ligase.

Pengendalian metabolisme selular yang tepat yang pada akhirnya menyangkut

pengendalian kegiatan enzim. Pengendakian enzim dapat diatur melalui 2 cara, yaitu

pengendalian langsung (mekanisme katalitik itu sendiri yang terjadi dengan mengubah

konsentrasi substrat atau reaktan) dan pengendalian genetis (melalui induksi dan represi enzim).

Bakteri dapat merubah zat kimia dan energi radiasi ke bentuk yang berguna untuk

kehidupannya melalui proses respirasi, fermentasi dan fotosintesis. Dalam respirasi, molekul

oksigen adalah penerima elektron utama, sementara dalam fermentasi molekul bahan makanan

biasanya pecah menjadi dua bagian, dimana yang satu kemudian dioksidasi oleh yang lainnya.

Dalam fotosintesis, energi cahaya diubah menjadi energi kimia. Bagaimanapun, dalam semua

jenis sel dan tanpa menghiraukan mekanisme yang digunakan untuk mengekstrak energi, reaksi

tersebut diiringi oleh pembentukan Adenosine Triphosphate (ATP).

Page 22: METABOLISME MIKROBA - simdos.unud.ac.id

DAFTAR PUSTAKA

Ameilia Siregar. 2010. Metabolisme Sel, Enzim dan Peranannya. (Online). http://www.chem-is-

try.org/materi_kimia/biologi-pertanian/metabolisme-sel/enzim-dan-peranannya/. Diakses pada

tanggal 22 April pukul 17.00 WIB.

Arif Priyadi dan Tri Silawati. 2007. Sains Biologi untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Yudhistira.

Kimbal, J. (n.d.). 1997. Biologi Edisi kelima. Alih bahasa: Siti Soetarmi Tjitrosomo, Nawangsari Sugiri.

Jakarta: Erlangga.

Lud Waluyo. 2007. Mikrobiologi Umum. Malang: UMM Press.

Michael J. Pelczar, Jr dan E.C.S. Chan. 1986. Dasar-Dasar Mikrobiologi. Jakarta: UI Press.

Slamet Prawirohartono dan Hadisumarto S. 1997. Sains Biologi 3A Untuk SMU Kelas 3 Tengah Tahun

Pertama Sesuai Kurikulum 1994. Jakarta: Bumi Aksara.

Slamet Prawirohartono. 2005. Sains Biologi Untuk SMA Kelas 3 Kurikulum 2004. Jakarta: Bumi

Aksara.

Tengku. 2012. Anabolisme dan Katabolisme. (Online).

http://tengkugiffary.blogspot.com/2012/11/anabolisme-dan-katabolisme-anabolisme.html.

Diakses pada tanggal 22 April pukul 17.00 WIB.

Widianingsih. 2009. Enzim. (Online).http://120409-widianingsih.blogspot.com/2009/12/enzim.html.

Diakses pada tanggal 22 April pukul 17.00 WIB.

Yulia Windarsih. 2012. Metabolisme Mikroba. (Online). http://www.slideshare.net/yuliaww/makalah-

midas-8-metabolisme-mikroba. Diakses pada tanggal 22 April pukul 17.00 WIB.

Diposkan oleh risza risanty di 23.28