METABOLISME MIKROORGANISME...PRINSIP METABOLISME Metabolisme dapat dibagi 2 komponen, yaitu:...
Transcript of METABOLISME MIKROORGANISME...PRINSIP METABOLISME Metabolisme dapat dibagi 2 komponen, yaitu:...
METABOLISME MIKROORGANISME
Kuliah ke-8 Mikrobiologi 1203 P
METABOLISME
Sel harus menyelesaikan 2 tugas dasar untuk
tumbuh, yaitu:
Mensintesa komponen baru
biosintesis
Mengumpulkan energi
Jumlah total reaksi kimia biosintesis dan
pengumpulan energi disebut ―metabolisme‖
PRINSIP METABOLISME
Metabolisme dapat dibagi 2 komponen, yaitu: Anabolisme
Katabolisme
Katabolisme Reaksi degradatif
Reaksi yang menghasilkan energi dari pecahan molekul-molekul yang lebih besar
Anabolisme Reaksi yang melibatkan sintesis
komponen sel
Reaksi anabolis membutuhkan energi
Reaksi anabolis menggunakan energi yang dihasilkan dari reaksi katabolis
PRINSIP METABOLISME
Mengumpulkan energi
Energi didefinisikan sebagai kapasitas untuk melakukan pekerjaan
Hadir sebagai:
Energi potensial
Energi yang disimpan
Energi kinetik
Energi yang bergerak
o Melakukan pekerjaan
Energi dapat dikonversikan dari satu bentuk ke bentuk yang lain
Potensial kinetik
Kinetik potensial
PRINSIP METABOLISME
Mengumpulkan energi
Jumlah energi yang dilepas dari ikatannya disebut “energi
bebas”
Energi tersedia untuk melakukan pekerjaan
Jika perekasi (reactants) memiliki energi bebas lebih dari produk,
maka energi dilepaskan.
o Reaksi Eksergonis
Jika produk memiliki energi lebih dari pereaksi, maka energi
dikonsumsi.
o Reaksi Endergonis
PRINSIP METABOLISME
Komponen Jalur metabolik Proses terjadi sejalan dengan reaksi kimia
Komponen awal dikonversikan menjadi molekul pertengahan (intermediate) dan produk akhir.
Produk Intermediates dan produk akhir dapat digunakan sebagai metabolit prekursor
Jalur metabolik memiliki komponen penting untuk menyelesaikan proses
Enzim
ATP
Sumber energi kimia
Pembawa elektron
Metabolit prekursor
PRINSIP METABOLISME
Peran enzim
Enzim memfasilitasi setiap langkah jalur metabolik
Mereka adalah protein yang berperan sebagai katalis
Meningkatkan konversi substrat menjadi produk
Reaksi katalisa dengan menurunkan energi aktivasi
Energi dibutuhkan untuk memulai reaksi kimia.
ENZIM
Berperan sebagai katalisator biologi
Sangat spesifik
Jenis enzim tertentu hanya beraksi dengan 1 substrat
substrat dalam jumlah terbatas
Enzim tidak dapat mengganti pereaksi atau produk reaksi
kimia
Enzim tidak dapat digantikan dengan reaksi kimia yang
dikatalisisnya
Enzim biasanya dinamai untuk substrat yang dilakukannya
dan berakhir dengan akhiran–ase
protease
ENZIM
Cara kerja Enzim
Enzim bekerja dengan 2 tahap, yaitu: Substrat yang mengikat sisi
aktif enzim untuk membentuk suatu enzim kompleks
Substrat adalah bahan khusus pada enzim yang bekerja.
Produknya terbentuk.
E + S E-S E + P
Enzim dilepas untuk mengikat
substrat baru
Enzim diregulasikan untuk
mencegah produksi hasil yang
berlebihan.
ENZIM
Kofaktor dan Koenzim
Kofaktor
Komponen non-protein yang bereaksi
dengan enzim.
Koenzim
Kofaktor Organik
Bekerja sebagai pembawa (carriers)
bagi molekul atau elektron
o NAD+, FAD and NADP+ adalah
koenzim
Tidak spesifik seperti enzim
Bisa bekerja dengan beberapa enzim.
ENZIM
Faktor Lingkungan dari aktifitas Enzim
Faktor-faktor yang mempengaruhi aktifitas enzim adalah:
Suhu
Suhu yang meningkat akan meningkatkan kecepatan reaksi
o Suhu yang sangat tinggi membuat enzim menjadi tidak berfungsi
pH
Fungsi enzim terbaik pada pH di atas 7
Konsentrasi garam
Konsentrasi garam yang rendah sangat disukai enzim
ENZIM
Regulasi Allosteric
Meregulasikan produksi hasil
Molekul peregulasi mengikat nagian enzim allosteric Mengubah kemiripan enzim terhadap
substrat
Enzim Allosteric memulai aktifitas jalur (pathway) yang diberi Regulasi mengendalikan aktifitas
metabolik
Feedback inhibition
Produk akhir jalur (pathway) bekerja pada bagian allotter enzim Menutup jalur masuk
ENZIM
Penghambatan Enzim
Penghambatan Tidak kompetitif (Non-competitive inhibition)
Penghambat dan substrat bekerja pada bagian enzim yang berbeda
Allosteric inhibition
Feedback inhibition
Penghambatan kompetitif (Competitive inhibition)
Penghambat berkompetisi untuk bagian aktif dengan substrat
Penghambat secara struktural sama dengan substrat
Obat Sulfa berkompetisi dengan PABA untuk bagian aktif enzim yang menghasilkan asam folat.
ENZIM
PRINSIP METABOLISME
Peran ATP
Adenosine triphosphate (ATP)
Sumber energi bagi sel
Berhubungan secara negatif pada kelompok fosfat yang
menempel pada molekul adenosin
Berhubungan negatif terhadap fosfat
Menciptakan ikatan tidak stabil yang mudah pecah menghasilkan energi
ATP diciptakan dari 3 mekanisme:
Substrate phosphorylation
Oxidative phosphorylation
Photophosphorylation
PRINSIP METABOLISME
Substrate phosphorylation
Menggunakan energi kimia untuk menambahkan ion fosfat ke molekul ADP
Oxidative phosphorylation
Menggunakan energi dari proton untuk menambah ion fosfat ke ADP
Photophosphorylation
Menggunakan energi radiasi dari matahari untuk diubah menjadi phosphorylate ADP keATP
PRINSIP METABOLISME
Peran sumber energi kimia
Sumber energi
Bahan compound pecah untuk menghasilkan energi
Jenis-jenis bahan compound yang tersedia :
Glukosa, merupakan molekul organisyang paling umum
Mengumpulkan energi membutuhkan sejumlah reaksi
yang berpasangan
Reaksi Oksidasi-reduksi
PRINSIP METABOLISME
Reaksi Oksidasi-reduksi Reaksi di mana 1 atau lebih elektron dipindahkan dari 1
substrat ke substrat lainnya.
Bahan compound yang kehilangan elektron dioksidasi
Disebut Donor Elektron
Bahan compound yang mendapat elektron direduksi
Disebut Pembawa Elektron
Di dalam reaksi, elaktron dihilangkan
Proton sering mengikuti bentuk ion H+
Ion H+ memiliki 1 proton dan tidak ada elektron
PRINSIP METABOLISME
Peran pembawa elektron (electron carriers) Ada 3 jenis pembawa elektron (electron carriers) Nicotinamide adenine dinucleotide
NAD+
Flavin adenine dinucleotide
FAD
Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate
NADP+
Bentuk yang direduksi mewakili kekuatan yang direduksi
Disebabkan energi yang dapat digunakan di dalam ikatan
Bentuk yang direduksi :
NADH + H+
FADH2
NADPH
PRINSIP METABOLISME
Metabolit Precursor
Produk Intermediate dihasilkan di dalam jalur katabolis
Digunakan pada jalur anabolis
Tampil sebagai bahan mentah untk kontruksi makromolekul
KATABOLISME GLUKOSA
Tahapan pada katabolisme glukosa:
Glikolisis
Transisi (konversi)
Siklus Kreb (Tricarboxylic Cycle, TCA)
Electron Transport Chain (ETC, Respiration)
KATABOLISM GLUKOSA
Skema metabolisme
Tiga jalur utama:
Jalur metabolik utama:
Glikolisis
Transisi
Siklus Kreb
Electron Transport Chain
Jalur utama adalah katabolis dan
menyediakan :
Energi
Koenzime yang direduksi
Metabolit Precursor
GLIKOLISIS
Glikolisis Jalur utama untuk mengubah 1 glukosa 2 piruvat
10 tahapan
Jalur tersebut terdiri dari:
Dua 3 C-molekul piruvat
Menghasilkan 2 ATP
2 ATP selanjutnya pecah menjadi glukosa
4 ATP dikumpulkan
Dua molekul mengurangi tenaga
NADH + H+
6 jenis metabolit precursor
5 intermediate and 1 piruvat
GLIKOLISIS
TRANSISI
Tahap Transisi
Menghubungkan glikolisis menjadi Tricarboxylic Acid Cycle
Memodifikasi 3-C piruvat dari glikolisis menjadi 2-C acetyl CoA
CO2 dihilangkan melalui dekarboksilasi
Sisa kelompok 2-C acetyl bergabung menjadi koenzim A
o Membentuk Acetyl CoA
NAD+ direduksi menjadi NADH + H+
Setiap piruvat memasuki langkah transisi
Reaksi terjadi 2 kali untuk 1 glukosa
Hasil dari tahap Transisi :
Tenaga yang berkurang
NADH + H+
Metabolit Precursor
Acetyl CoA
TRANSISI
SIKLUS ASAM TRICARBOKSILAT
Siklus Asam Trikarboksilat
menyelesaikan oksidasi glukosa
Menggabungkan acetyl CoA dari tahap Transisi
Melepaskan CO2 pada reaksi
Siklus berganti 1 kali untuk setiap acetyl CoA
Dua putaran untuk setiap molekul glukosa
Siklus menghasilkan:
2 ATP
6 NADH + H+
2 FADH2
4 CO2
SIKLUS ASAM TRIKARBOKSILAT
RESPIRASI Menggunakan NADH and
FADH2 untuk mensintesa ATP Fosforilasi oksidatif terjadi
dari kombinasi 2 mekanisme:
Rantai Trasportasi Elektron Menghasilkan proton motive
force
Kombinasi dengan sintesaATP Menggunakan energi di
dalam proton motive force untuk mensintesa ATP
RESPIRASI
Rantai Transportasi elektron
Kelompok pembawa elektron dengan membran yang
melekat
Susunan pembawa membantu produksi proton motive force
Empat jenis pembawa elektron:
Flavoproteins—FAD
Iron-sulfur proteins—seperti NAD dehydrogenase complex
Quinones—lipid soluble molecules yang bergerak di dalam
membran dan memindahkan elektron
Cytochromes—proteins dengan kelompok ‗heme‘
RESPIRASI
Rantai Transportasi elektron mitokondria Rantai terdiri dari :
Complex I
a.k.a NADH dehydrogenase
Complex II
a.k.a succinate dehydrogenase
Coenzyme Q
Complex III
Cytochrome C
Complex IV
Setiap pembawa menerima elektron dari pembawa sebelumnya.
Di dalam proses, proton dipompakan melewati membran
RANTAI TRANSPORTASI ELEKTRON
MITOKONDRIA
RESPIRASI
Mekanisme tenaga proton
Pembawa tertentu menerima proton dan elektron,
beberapa hanya menerima elektron
Memompa proton melewati membran
Menciptakan suatu gradien proton
Penyusunan pembawa menyebabkan proton dapat melewati
membran.
RESPIRATION
Rantai transportasi
elektron menggunakan
serangkaian reaksi
oksidasi reduksi untuk
menghasilkan energi
untuk memompa H+
dan untuk membentuk
air.
RANTAI TRANSPORTASI ELEKTRON
MITOKONDRIA
RESPIRASI
Rantai transportasi elektron prokaryota
Respiration dapat bersifat aerob atau anaerob
Pada respirasi aerob beberapa prokaryota memiliki enzim sama dengan complex I and II dari mitokondria Tidak memiliki enzim yang sama dengan complex III atau
cytochrome c
Menggunakan quinones (ubiquinone)
o membawa elektron secara langsung menuju terminal electron acceptor
o Oksigen bertindak sebagai penerima jika tersedia
RANTAI TRANSPORTASI ELEKTRON
PROKARYOTA (AEROB)
RESPIRASI
Rantai transportasi elektron pada prokaryota
Respirasi anaerob kurang efisien
Pembawa elektron alternatif digunakan
Oksigen tidak bertindak sebagai ujung penerima elektron
(terminal electron acceptor)
Beberapa bakteri menggunakan nitrat
Nitrat diubah menjadi nitrit
o Nitrit diubah menjadi ammonia
Bakteri pereduksi sulfur menggunakan sulfat sebagai ujung
penerima elektron (terminal electron acceptor)
Pembawa Quinone (menaquinone) menghasilkan vitamin K
RESPIRASI
Sintesa ATP
Mengumpulkan energi dari tenaga proton (proton force)untuk mensitesa ATP Mengizinkan proton untuk mengalir kembali ke dalam sel
Menghasilkan cukup energi untuk mem-phosphorylate ADP ATP
o Satu ATP terbentuk dari 3 proton
10 proton dipompa keluar setiap NADH+H+
Satu NADH menghasilkan 3 molekul ATP
6 proton dipompa keluar setiap FADH2
Satu FADH menghasilkan 2 molekul ATP
RESPIRASI
ATP dari phosphorylasi oksidatif
ATP dihasilkan melalui re-oksidasi NADH + H+ dan FADH2
Maximum theoretical yield
Dari glycolysis
2 NADH + H+ 6 ATP
Dari tahap transisi
2 NADH + H+ 6 ATP
Dari TCA
6 NADH + H+ 18 ATP
2 FADH2 4 ATP
FERMENTASI
Digunakan oleh organisme yang tidak dapat
berespirasi
Karena kekurangan penerima elektron inorganik yang
cocok atau kekurangan rantai transportasi elektron
ATP dihasilkan hanya pada glikolisis
Tahap lain untuk mengkonsumsi tenaga pereduksi yang
berlebih
Mengulang siklus NADH
Jalur fermentasi menggunakan pyruvate atau derivative sebagai
terminal electron acceptor
FERMENTASI
FERMENTASI Produk akhir dari
fermentasi termasuk:
Asam laktat
Ethanol
Asam butyrat
Asam propionic
2,3-Butanediol
Campuran beberapa asam
Semua dihasilkan pada serangkaian reaksi untuk menghasilkan terminal electron acceptor yang cukup
Terima Kasih