AKTIVITAS METABOLISME MIKROBA

Dipandang dari sudut industri, mikroba merupakan pabrik kimia yang merubah bahan baku menjadi produk baru.

Kelebihan mikroorganisme sebagai alat dalam industri:

1.Organisme hidup yang berukuran kecil, sehingga ratio permukaan terhadap volume menjadi kecil. Difusi nutrien dari medium ke dalam sel berlangsung cepat.

2.Dapat memproduksi enzim dengan cepat

3.Aktivitas mikroba dan produknya biasanya tidak menimbulkan gangguan terhadap lingkungan.

Kelompok mikroba yang banyak berperan dalam fermentasi: khamir, kapang, bakteri dan species actinomycetes.

Dipandang dari sudut biokimia, fermentasi adalah aktivitas mikroba untuk memperoleh energi dengan jalan memecahkan substrat (katabolisme)

Fungsi substrat adalah sebagai sumber energi dan bahan pembentuk sel.

Energi yang dihasilkan oleh sel hidup dengan cara pemecahan substrat disimpan dalam bentuk ATP, NADH dan FADH2.

Pada proses aerobik, oksidasi terhadap substrat berlangsung sempurna sampai terbentuk CO2 dan H2O sebagai akhir setelah melalui siklus asam sitrat.

Pada kondisi anaerob: piruvat direduksi menjadi asam laktat (pada otot dan beberapa mikroorganisma)

Pada kondisi anaerob: piruvat diubah menjadi alkohol melalui proses fermentasi alkohol (pada sel ragi).

BIOSINTESIS METABOLIT

Produk yang disintesis pada fase eksponensial mempunyai peranan penting dalam pertumbuhan.

Metabolit yang disintesis selama proses eksponensial disebut metabolit primer.

Fase tropofase: fase terbentuknya metabolit primer.

Metabolit primer: karbohidrat, protein, lemak, nukleuotida, asam nukleat, vitamin dll.

Metabolit sekunder: dihasilkan oleh beberapa mikroorganisme pada fase stasioner.

Fase dimana terbentuknya metabolit sekunder disebut fase idiofase.

Metabolit sekunder: antibiotik, autoksin, dll.

Dari segi industri: fermentasi metabolit sekunder mempunyai arti penting karena berpengaruh terhadap aktivitas mikroba lain. Seperti inhibitor enzim, promotor, pertumbuhan dll.

Hubungan metabolit primer dan sekunder dilihat pada Gambar 2.

Mikroba mampu memproduksi enzim yang diperlukan untuk mencerna berbagai substrat yang ada di medium.

KETERATURAN METABOLISME

Katabolisme dan anabolisme merupakan proses yang berlangsung menurut suatu keteraturan (regulasi) tertentu.

Pengetahuan mengenai biosintesis dan enzim yang terlibat penting untuk digunakan dalam teknik modifikasi pada proses fermentasi

Enzim konstitutif: enzim yang pembentukannya tidak tergantung pada komposisi medium dimana mikroba tumbuh.

Enzim induksi: Enzim yang pembentukannya tergantung pada substrat atau senyawa lain yang strukturnya sama dengan substrat yang ada dalam medium.

Proses mekanisme Induksi (Jacob dan Monod)

Paling sedikit terdapat 4 gen pada chromosom DNA yang akan memerintahkan ribosom untuk membentuk enzim tertentu.

Regulator gene (R) membentuk represor protein.

Represor ini mampu berikatan dengan operator gene (O)

Opeartor gene berfungsi sebagai pengatur fungsi struktural gene (S).

Promotor gene (P) merupakan sisi yang mengikat RNA polimerase, yaitu enzimyang mengkatalisis transkripsi DNA menjadi mesenger RNA (mRNA).

Pada gambar (1). Bila represor protein berikatan dengan O, maka RNA polimerase tidak dapat berpindah sehingga tidak terbentuk mRNA dan tidak terjadi sintesis protein.

Gambar (2) Adanya induser, represor protein tidak aktif sehingga tida dapat berikatan dengan O. RNA-polimerase dapat berpindah dari P dan melakukan transkripsi gen S menjadi mRNA.

Gb. (1) Mekanisme induksi enzim: tidak terdapat induser

Gb. (2) Mekanisme induksi enzim: terdapat induser

Keteraturan metabolisme

Feedback regulation terdiri dari feedback inhibition dan feedback repression.

Feedback inhibition : penghambatan enzim pertama dalam lintasan biosintesis oleh produk akhir.

Katabolite represi: penurunan laju sintesis enzim tertentu karena memfermentasi sumber karbon yang cepat dicerna.

Penurunan laju ini disebabkan karena tejadinya penurunan konsentrasi 3,5-adenosin monophosfat ciclik (c.AMP) dalam sel akibat pertumbuhan yang cepat.

Pertumbuhan E.coli pada substrat glukosa dapat menurunkan kandungan AMP sampai 1000 kali, tetapi pertumbuhannya pada asetat tidak berpengaruh terhadap konsentrasi c.AMP.

Fungsi AMP adalah menstimulir sintesis berbagai enzim.

Katabolit represi penting, karena kebanyak enzimyang diproduksi secara industri tergantung pada mekanisme keteraturan katabolit.

Penggunaan sumber karbon yg tidak menimbulkan efek represi dapat menstimulir produksi enzim yang sensitif terhadap katabolit represi.

Contoh:Pertumbuhan Bacillus. Pada substrat gliserol dapat meningkatan produksi amilase sampai 25 kali dibandingkan dengan pertumbuhannya pada substrat fruktosa yang dapat menimbulkan efek represi.

Keteraturan katabilit juga dapat berlangsung melalui katabolit inhibisi.

Sintesis enzim yang terlibat dalam proses biosintesis dikendalikan melalui feedback regulation.

Feedback regulation terdiri dari feedback inhibition dan feedback represion.

Feedback inhibition adalah mekanisme penghambatan aktivitas enzim pertama dalam suatu lintasan biosintesis oleh produk akhir.

Feedback repression: penghambatan sintesis satu atau lebih enzim oleh produk akhir tersebut.

Mekanisme penghambatan sintesis enzim oleh produk akhir melalui feedback repression di jelaskan dalam gambar 3 dan 4.

Gen R memproduksi represor protein yang disebut aporepresor. Aporepresor ini tidak aktif sehingga sintesis enzim dapat berlangsung (gb. 3).

Adanya corepresor, yaitu produk akhir dengan berat molekul rendah dari suatu lintasan biosintesis, maka aporepresor menjadi aktif (gb.4) represor yang aktif ini akan berinteraksi dengan gene O dan mencegah transkripsi gene S menjadi mRNA.

Gb.(3) mekanisme feedback repression: tanpa corepresor

Gb.(4) mekanisme feedback repression: terdapat corepresor