"People With Passion Can Change The World"! Steve Jobs Said ( Co-Founder Apple )

Senin, 08 Oktober 2018

Tugas Kuliah Mikrobiologi "Metabolisme Mikroorganisme"


 MAKALAH
MIKROBIOLOGI
METABOLISME MIKROORGANISME






OLEH:


                                                SITI KHUMAIRAH F. (20500115049)




JURUSAN PENDIDIKAN BIOLOGI
FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI ALAUDDIN MAKASSAR
2017


BAB I
PENDAHULUAN

A.     Latar Belakang
            Bakteri merupakan organisme bersel tunggal yang hidup bebas tanpa klorofil dan memiliki baik DNA maupun RNA. Dinding selnya kaku dan mengandung asam muramat. Mula-mula digolongkan kedalam kelompok binatang atau tumbuh-tumbuhan, tetapi hal ini tidak memuaskan, maka dibentuk golongan ketiga yaitu “Protista”.
            Bakteri juga mampu menunjukkan semua proses-proses dasar kehidupan misalnya tumbuh, metabolisme dan perkembangbiakan. Metabolisme bakteri yaitu tiap organisme yang hidup memiliki komponen unit-unit senyawaan kimia yang sama, demikian pula mekanisme pembentukannya (proses metabolisme). Proses ini meliputi katabolisme dan anabolisme. Proses katabolisme, semua miroorganisme diduga memiliki jalur-jalur metabolisme dasar tertentu yang berperan pada proses perubahan-perubahan yang diperlukan untuk pembentukan bagian-bagian dasar selnya sedangkan anabolisme mencakup biosintesis monomer dan koenzim penting pada tiap-tiap mikroorganisme yang sangat berbeda-beda, beberapa dapat membuat semua asam-asam amino penting yang diperlukan, nukleotida, monosakarida, koenzim, dan lain-lain dari bahan-bahan yang dihasilkan dari proses katabolisme.
            Reaksi kimiawi yang membebaskan energi melalui perombakan nutrien disebut reaksi-Disimilasi atau peruraian; jadi merupakan kegiatan katabolik sel. Sedangkan reaksi kimawi yang menggunakan energi untuk sintesis dan fungsi-fungsi sel lainnya disebut reaksi-Asimilasi atau anabolik. Jadi reaksi disimilasi menghasilkan energi, dan reaksi asimilasi menggunakan energi.
            Berdasarkan uraian tersebut, maka disusunlah makalah ini untuk memperjelas dan menguraikan bagaimana metabolisme bakteri yakni disimilasi dan pembesaran energi oleh bakteri serta asimilasi dan penggunaan energi oleh bakteri.

B.     Rumusan Masalah
1.      Bagaimana disimilasi dan pembesaran energi oleh bakteri?
2.      Bagaimana asimilasi dan penggunaan energi oleh bakteri?

C.     Tujuan
1.      Untuk mengetahui disimilasi dan pembesaran energi oleh bakteri.
2.      Untuk mengetahui asimilasi dan penggunaan energi oleh bakteri.




BAB II
PEMBAHASAN

A.     Reaksi Disimilasi dan Pembebasan Energi
            Metabolisme ialah semua reaksi kimiawi yang dilakukan oleh sel yang menghasilkan energi dan yang menggunakan energi untuk sintesis komponen-komponen sel dan untuk kegiatan-kegiatan selular, seperti pergerakan. Reaksi kimiawi yang membebaskan energi melalui perombakan nutrien disebut reaksi-Disimilasi atau peruraian; jadi merupakan kegiatan katabolik sel. Sedangkan reaksi kimawi yang menggunakan energi untuk sintesis dan fungsi-fungsi sel lainnya disebut reaksi-Asimilasi atau anabolik. Jadi reaksi disimilasi menghasilkan energi, dan reaksi asimilasi menggunakan energi.
            Bila sel merombak ikatan-ikatan kimiawi tertentu selama metabolisme, energi yang dilepaskan menjadi tersedia untuk melangsungkan kerja biologis kerja biologis. Selama masa hidup sel, kerja ini bersifat ekstensif dan beragam. Mikroorganisme heterotrofik non-fotosintetik memperoleh energinya dari oksidasi (pengusiran elektron)elektron atau atom hidrogen) senyawa-senyawa anorganik. Mikroorganisme fotosintetik memperoleh energinya dari cahaya.
1.                  Penggandengan reaksi-reaksi selular
      Selama berlangsungnya reaksi kimiawi, akan terjadi pembebasan atau penggunaan energi. Jumlah energi yang di lepaskan atau di pakai selama berlangsungnya suatu reaksi tersebut disebut perubahan energi bebas reaksi tersebut, yang dinyatakan dengan simbol ∆G, yaitu ∆ berarti “perubahan pada “ dan G berarti energi bebas. Perubahan energi bebas ini dapat didefenisikan sebagai jumlah energi yang tersedia atau berguna yang dilepaskan atau dipakai dalam suatu reaksi.
      ∆G dinyatakan dalam kalori. Namun, ini semata-mata untuk memudahkan karena energi bebas tidak selalu berupa panas tetapi bisa juga dalam bentuk energi kimiawi. Bila ∆G suatu reaksi kimiawi bernilai negatif, misalnya -8.000 kalori (kal), maka reaksi tersebut membebaskan energi. Reaksi semacam ini disebut reaksi eksergonik. Bila ∆G suatu reaksi bernilai positif, misalnya +3.000 kal, maka reaksi tersebut membutuhkan energi. Reaksi ini disebut reaksi endergonik.
      Di dalam sel terdapat banyak reaksi kimiawi endergonik yang berlangsung selama metabolisme. Reaksi-reaksi ini tidak berlangsung selama metabolisme. Reaksi-reaksi ini tidak berlangsung secara spontan; diperlukan penggunaan energi yang dibebaskan oleh reaksi-reaksi eksergonik untuk mendorongnya. Hal ini dilakukan melalui reaks-reaksi tergandeng. Organisme hidup telah mengembangkan suatu cara yang khas yang menggandengkan reaksi eksergonik dengan reaksi endergonik untuk menyediakan energi guna mendorong berlangsungnya reaksi endergonik dengan menggunakan reaktan bersama. Penjelasannya dapat diikuti pada contih berikut. Andaikan ada dua reaksi umum yang mengubah senyawa A menjadi B dan senyawa C menjadi D :
A → B  ∆G = -10.000 KAL.
C → D  ∆G = +5.000 KAL.
      Reaksi yang pertama adalah eksergonik karena ∆G nya negatif. Energi yang dilepaskan dari reaksi ini dapat dipergunakan untuk mendorong reaksi kedua, yang bersifat endergonik. Hal ini dapat dicapai dengan cara menggandengkan kedua reaksi tersebut sebagai berikut :
A + Y → B + Y  ∆G= -2.000 kal ( senyawa Y menangkap energi)
C + Y → D + Y  ∆G= -3.000 kal ( senyawa Y melepaskan energi )
      Y adalah reaktan bersama bagi kedua reaksi tersebut. Pada reaksi pertama, ∆G keseluruhan sebesar -2.000 kal menunjukkan bahwa 8.000 dari jumlah semula sebesar 10.000 kal digunakan untuk mengubah Y menjadi Y; yaitu, 8.000 kal tertangkap atau disimpan dalam Y. Pada reaksi, Y diubah kembali menjadi Y disertai dengan pembebasan energi sebesar 8.000 kal yang tertangkap sebelumnya untuk medorong pengubahan endergonik C → D. Jadi ∆G keseluruhan dari reaksi kedua ialah (+5.000) + (-8.000), atau -3.000 kal ( yang nilainya negatif dan karenanya reaksi tersebut dapat berlangsung ) ; yaitu jumlah energi yang dilepaskan pada reaksi pertama lebih besar yang di butuhkan untuk melangsungkan reaksi kedua. Reaktan bersama Y disebut sebagai senyawa kaya energi atau senyawa pemindah energi tinggi. Senyawa semacam itu mengandung energi potensial yang melepaskan energi bila mendonasikan sebagian dari dirinya kepada/menjadi air (dalam proses yang disebut hidrolisis) atau pada molekul akseptor yang lain ( ketika berubah dari Y menjadi Y pada contoh diatas).
      Di dalam sel terdapat berbagai senyawa keya energi. Energi dalam senyawa-senyawa ini terkandung di dalamnya sebagai suatu keseluruhan. Pecahnya ikatan-ikatan tertentu dalam senyawa-senyawa  ini melepaskan sebagian dari energi yang tersimoan di dalamnya. Senyaw ini kaya energi dapat disamakan dengan perangkap tikus. Bila dipasang, perangkap tersebut berenergi tinggi, dan energinya terdapat pada pegas yang tegang itu. Terlepasnya batang penahan akan membebaskan energi pada pegas tersebut.
      Pada tabel 14-1 terdaftar beberapa senyawa kaya energi yang dijumpai dalam sel. Di antaranya adenosin trifosfat (ATP) adalah yanga terpenting. ATP merupakam “mata uang energi”  bagi sel dan merupakan medium pertukaran antara reaksi-reaksi eksergonim dan endergonik. Perhatikanlah bahwa semua senyawa pada tabel 14-1 dapat memindahkan energinya baik secara langsung maupun tidak langsung pada pembentukan ATP.
Tabel 14-1. Beberapa senyawa pemindahan energi tinggi yang dijumpai dalam sel, bebserta perubah energi bebas standarnya bila mengalami hidrolisis
Senyawa
∆G′, kkal
Adenosin trifosfat (ATP)
-7,3
Adenosin difosfat (ATP)
-7,3
Guanosin trifosfat (GTP)
-7,3
Guanosin difosfat (GDP)
-7,3
Uridin trifosfat(UTP)
-7,3
Sitidin trifosfat(STP)
-7,3
Asetil fosfat
-10,1
Asam 1,3 difosfogliserat
-11,8
Asam fosfoenolpiruvat(PEP)
-14,8

Contoh pemindahan langung ialah :
Asam 1,3 difosfogliserat + ADP
      Energi dilepaskan dari ATP melalui hidrolisis, sebagaimana tampak pada gambar 14-1. Senyawa ADP adalah juga senyawa pemindahan energi tinggi, karena hidrolisis ADP juga membebaskan sejumlah besar energi.

a.       Oksidasi dan produksi energi
      Sel memperoleh energi dari nutrien melalui serangkaian reaksi kimiawi, bebrapa diantaranya adalah oksidasi. Selama oksidasi, energi dilepaskan dan dapat terbentuk ikatan-ikatan kimiawi kaya energi seperti yang terdapat pada ATP untuk menyimpar. Energi yang dilepaskan itu.
      Oksidasi yaitu hilangnya elektron dari suatu molekul, selalu disertai dengan reduksi, yaitu diperlukannya elektron oleh molekul yang lain. Bila membicarakan oksidasi, maka yang dimaksud ialah pemidahan elektron dari suatu molekul ke molekul lainnya., jadi bila mana satu molekul di oksidasi, maka ada molekul lain yang direduksi.
      Seringkali reaksi oksidasi merupakan dehidrogenasi, yaitu reaksi yang menyangkut hilangnya atom hidrogen (H). Sebuah atom hidrogen terdiri dari sebuah proton  (H) dan sebuah elektron (e), jadi suatu senyawa yang kehilangan atom hidrogen telah kehilangan elektron dan dengan demikian telah teroksidasi.
      Suatu oksidan (bahan pengoksidasi) akan menerima elektron dan menjadi tereduksi, Asam fumarat, suatu intermediat dalam metabolisme merupakan contoh lain bahan pengoksidasi. 

2.                  Produksi energi melalui proses anaerobik
a.       Glikolisis
      Bakteri heterotrofik dapat menggunakan berbagai senyawa anorganik sebagai sumber energi. Senyawa-senyawa ini mencakup karbohidrat. Asam anorganik dan asam lemak, serta asam-asam amino. Bagi banyak mikroorganisme, senyawa yang lebih disukai ialah karbohidrat, terutama glukose, yaitu gula berkarbon enam.
      Perombakan glukose dapat terjadi melalui glikolisis. Glikolisis adalah salah satu lintasan paling penting yang digunakan oleh sel untuk menghasilkan energi. Glikolisis tidak mensyaratkan adanya oksigen dan bisa terdapat pada sel-sel baik yang aerobik maupun anaerobik.
      Pada glikolisis sebagaimana tampak pada fruktose, fruktose -1,6 difosfat yang terbentuk dari glukose tepercah menjadi 2 unit berkarbon 3, keduanya kemudian dioksidasi menjadi asam piruvat. Pada langkah dioksidasinya gliseraldehide-3-fosfat, terusir sepasang elektron (dua atom hidrogen). Bila tidak ada oksigen, pasangan elektron ini dapatdigunakan untuk mereduksi asam piruvat menjadi asam laktat atau etanol. Bila ada oksigen, pasangan elektron ini dapat memasuki rangkai angkutan elektron.
      Untuk setiap molekul glukose yang mengalami metabolisme, dua molekul ATP dikonsumsi dan empat molekul ATP d bentuk. Karena itu untuk setiap molekul glukose yang diuraikan melalui glikolisis, diperoleh hasil bersih dua molekul ATP.

b.      Lintasan pentose fosfat
      Lintasan untuk peruraian karbohidrat ini menyangkut pembentukan gula fosfat berkarbon-enam dan gula fosfat karbon-lima. Karena menyangkut beberapa reaksi lintasan glikolitik, maka lintasan ini di pandang sebagai glikolisis yang”langsir”. Glukose dapat di oksidasi melalui lintasan pentose fosfat disertai dengan pembebasan-pembebasan elektron, yang dapat memasuki rantai angkutan elektron. Tetapi siklus ini pada umumnya tidak dianggap sebagai lintasan utama penghasil energi pada kebanyakan mikroorganisme. Lintasan pentose fosfat digunakan terutama untuk biosentesis karena menyediakan pentose fosfat untuk  dipergunakan dalam sintesis nukleotide. Sekalipun lintasan ini dapat menyediakan energi bagi sel sebagai lintasan pilihan untuk oksidasi glukose, lintasan ini juga adalah mekanisme untuk memperoleh energi dari senyawa senyawa gula berkarbon-lima. Seperti halnya lintasan glikolitik, lintasan pentose fosfat terjadi pada baik prokariota maupun eukarita.
      Ada lintasan-lintasan lain untuk peruraian karbohidrat, misalnya lintasan Entner-Doudorof, terdapat pada prokariota aerobik maupun anaerobik. Beberapa mikroba memanfaatkan hanya salah satu dari lintasan-lintasan ini, dan lainnya menggunakan lebih dari satu, entah pada waktu yang sama atau pada waktu-waktu yang berbeda. Lintasan mana yang dipergunakan oleh mikroba dan kapan dipergunakannya tergantung pada kemampuan yang diwarisi oleh mikroba tersebut dan lingkungan tempat mereka berada.

c.       Fermentasi
      Organisme anaerobik juga menghasilkan energi, yaitu melalui reaksi-reaksi yang disebut fermentasi yang menggunakan bahan organik sebagai donor dan akseptor elektron. Bakteri anaerobik obligan menggunakan berbagai macam fermentasi untuk menghasilkan energi. Salah satu contoh yang khas ialah fermentasi laktat. Sterptococcus lactis, bakteri yang menyebabkan asamnya susu, menguraikan glukose menjadi asam laktat , yang berakumulasi di dalam medium sebagai produk fermentasi satu-satunya.  Melalui glikolisis satu molekul glukosa diubah menjadi dua molekul asam piruvat disertai dengan pembentukan dua NADH+ H. Asam piruvat tersebut di ubah menjadi asam laktat. Energi yang dihasilkan dari reaksi ini tidak cukup untuk melangsungkan sintesis ATP.
      Pada tipe-tipe fermentasi karbohidrat lainnya, tahap-tahap awal disimilasi glukose seringkali, tetapi tidak selalu mengikuti glikolisis. Perbedaan dalam tipe-tipe fermentasi biasa terletak pada penggunaan asam piruvat yang terbentuk. Jadi asam piruvat adalah pusat fermentasi karbohidrat.
      Kebanyakan bakteri heterotrofik menghasilkan beberapa produk akhir dari disimilasi glukose, tetapi kesemua produk ini tidak dihasilkan oleh hanya satu spesies. Melainkan, tipe-tipe yang di daftar itu merupakan suatu rangkuman dari apa yang dapat diharapkan apabila seseorang menginventarisasikan produk-produk akhir disimilasi glukose yang dapat dihasilkan oleh semua heterotrof. Sesungguhnya mikroorganisme dapat dikelompokkan berdasarkanpada produk-produk fermentasinya. Nama-nama tersebut diberikan berdasarkan produk akhir utama fermentasi karbohidrat. Dari sini jelaslah bahwa mikroorganisme memetabolisme substrat yang sama dengan cara yang tepat sama. Misalnya, Streptococcus lactis dan Escherichia coli keduanya memfermentasikan glukose, tetapi melalui lintasan-lintasan fermentasi yang amat berbeda.
      Tetapi, beberapa anaerob tidak memiliki sistem glikolitik yang fungsional. Organisme-organisme semcam itu mungkin saja memiliki lintasan-lintasan fermentasi yang menggunakan lintasan pentose fosfat dan lintasan Entner-Doudroff.fermentasi substrat yang bukan karbohidrat, seperti asam-asam amino,melibatkan lintasan-lintasan yang amat spesifik.

3.      Produksi energi melalui proses aerobik
a.       Rantai  angkutan elektron
      Rantai angkutan elektron, yang juga dikenal sebagai sistem sitokrom atau rantai respirasi, adalah serangkaian reaksi oksidasi reduksi untuk pembentukan ATP, fungsi rangkaian rekasi ini ialah untuk menerima elektron dari senyawa-senyawa tereduksi dan memindahkannya pada oksigen dengan akibat terbentuknya air. 

b.      Siklus asam trikarboksilat
      Siklus asam trikarboksilat adalah serangkaian reaksi yang membangkitkan energi dalam bentuk ATP dan molekul-molekul koenzim tereduksi. Siklus ini juga melakukan fungsi-fungsi lain. Banyak intermediat dalam siklus ini merupakan prekursor dalam biosintesis asam amino, purin, pirimidin, dan sebagainya. Jadi siklus TCA adalah siklus yang amfibolik, artinya berfungsi tidak hanya dalam reaksi katabolik (peruraian) tetapi juga dalam reaksi anabolik (sintesis). Karena perombakan glukose melalui glikolisis menghasilkan dua molekul asetil-KoA yang dapat memasuki siklus ini, persamaan keseluruhan untuk siklus ini, per molekul glukose yang dirombak, ialah duakali di atas.

c.       Hasil energi dalam respirasi aerobik
      Sekarang dapat kita tinjau besarnya energi yang dhiasilkam dari perombakan aerobik satu molekul glukose bila elektron yang disimpan di dalam molekul-molekul koenzim terduksi disalurkan kedalam rantai angkutan elektron.seperti telah diperhatikan sebelumnya. Elektron-elektron tersebut dipindahkan secara bertahap dari pembawa-pembawa koenzim ke oksigen molekular, dan pemindahan ini digandengkan dengan pembentukan ATP melalui fosforilasi oksidatif.
      Bagi setiap molekul glukose yang diuraikan ada 12 koenzim tereduksi yang oksidatif 2 FADH dan 10 NADH . karena ada 3 ATP  dihasilkan dari setiap NADH dan 2 ATP dari setiap FADH, maka seluruhnya ada 34 ATP dihasilkan dari koenzim tereduksi via fosforilasi oksidatif melalui rantai respirasi. Tetapi hasil total ATP dari respirasi aerobik 1 molekul glukose ialah 38:34 dari oksidasi koenzim-koenzim tereduksi, 2 dari glikolisis, dan 2 dari reaksi samping siklus TCA, yaitu 2 GTP. Hasil ATP total permolekul gllukose dari respirasi aerobik.

d.      Katabolisme lipid
      Glukosa adalah sumber energi tunggal yang terpenting bagi kebanyakan sel. Tetapi, bagi banyak mikroorganisme, zat-zat lain seperti lemak dan protein, dapat digunakan sebagai sumber energi pilihan. Ada peraturan umum yang mengatur penggunaanya : zat-zat tersebut diubah secepat dan seefisien mungkin mungkin menjadi intermediat lintasan-lintasan glikolitik dan TCA sehingga untuk terlaksananya peruraian secara lengkap hanya hanya dibutuhkan sejumlah minuman enzim tambahan. Peraturan ini menyoroti kenyataan bahwa lintasan glikolitik dan siklus TCA berlaku sebagai suatu pusat umum dan lintasan-lintasan katabolik lainnya dibangun di sekelilingnya.
      Perombakan lipid atau lemak diawali dengan pecahnya trigliseride oleh penambahan air sehingga terbentuk gliserol dan asam lemak dengan bantuan-bantuan enzim. Gliserol sebagai komponen lemak dapat diubah menjadi intermediat lintasan glikolitik (dihidroksiaseton fosfat).
      Dihidroksiaseton fosfat yang terbentuk akan diuraikan, asam-asam lemak dioksidasi melalui pengusiran berturut-turut fragmen berkarbon dua dalam bentuk Asetil KoA. Asetil KoA yang terbentuk kemudian dapat memasuki siklus TCA, sedangkan atom-atom hidrogen beserta elektron-elektronnya memasuki rantai angkutan elektron menuju fosforilasi oksidatif.
      Ada lebih banyak hasil energi per-gram lemak dripada per-gram karbohidrta. Nemun, relatif hanya beberapa spesies mikrobe yang efektif dalam merombak lipid, baik tipe yang sederhana maupun yang rumit, antara lain karena terbatasnya daya larut lipid.

e.       Katabolisme protein
      Banyak bakteri heterotrofik dapat menghancurkan protein diluar tubuhnya dan menggunakan produk-produk hasil proses tersebut sebagai sumber tenaga karbon dan nitrogen. Karena molekul protein terlampau besar untuk dapat melewati membran, bakteri mensekresikan eksoenzim yang disebut protease yang menghidrolisis protein tersebut menjadi peptide-peptide.
      Bakteri menghasilkan peptidase yang menguraikan peptide menjadi asam-asam amino individu, yang kemudian di katabolisme melalui cara yang bergantung pada tipe asam aminonyadan spesies atau galur bakteri yang menguraikannya.
      Bilaman asam amini diuraikan, kerangka karbon asam-asam amino tersebut mengalami peruraian oksidatif menjadi senyawa-senyawa yang dapat memasuki siklus TCA untuk dioksidasi lebih lanjut. Masuknya kedalam siklus TCA dapat melalui Asetil KoA, asam α-ketoglutarat, asam suksinat, asam fumarat, atau asam oksaloasetat.

f.       Resprasi anaerobik pada beberapa bakteri
      Sebagian bakteri yang biasanya bersifat aerobik dapat tumbuh secara anaerobik bila ada nitrat. Misalnya spirillum itersonii, sejenis bakteri akuatik, bergantung pada oksigen kecuali bila kalium nitrat ditambahkan kedalam medium. Dalam kasus semacam itu, pada hakekatnya nitrat menggantikan oksigen sebagai penerima terakhir elektron dalam rantai respirasi. Proses ini disebut respirasi anaerobik. Lintasan-lintasan yang dipergunakannya untuk disimilasi sumber-sumber karbon dan energi adalah sama dengan yang dipergunakan dalam respirasi aerobik, dan angkutan elektron berlangsung melalui rantai respirasi. Serupa pada sel-sel aerobik. Oksigen digantikan oleh nitrat sebagai penerima terakhir elektron. Namun, pada beberapa anaerobik tulen, senyawa-senyawa anorganik lainnya, sperti karbon diokside, atau ion-ion seperti ion sulfat, dapat berlaku sebagai penerima terakhir elektron. 

4.      Produksi energi melalui fotosintesis
      Tumbuhan, algae, dan sinobakteri adalah fotoautotrof. Mereka menggunakan  cahaya sebagai sumber energinya dan karbon dioksida sebagai sumber karbon satu-satunya. Supaya karbon dioksida dapat berguna bagi metabolisme, maka peratama-tama harus direduksi menjadi karbohidrat . proses ini, yang menggunakan cahaya untuk mengubah karbon diokside menjadi karbohidrat disebut fotosintesis. Reaksi keseluruhannya dapat ditulis sebagai :
                  2HO + CO                               ( CHO)x + O + HO
dengan adanya cahaya                                          karbohidrat
(energi pancaran) dan
a.       Pigmen hijau klorofil
      Disini (CHO)x adalah rumus bagi karbohidrat mana saja. Proses ini mempunyai dua persyaratan penting : (1). Sejumlah besar energi dalam bentuk ATP, dan (2). Sejulah besar reduktan kimiawi, dalam hal ini air.
      Beberapa kelompok bakteri yaitu bakteri fotoautotrofik hijau dan ungu juga dicirikan menurut kesanggupannya untuk melakukan fotosintesis. Tetapi lain halnya dengan tumbuhan, algae, dan sianobakteri, bakteri-bakteri ini tidak menggunakan air sebagai reduktan kimiawinya dan juga tidak menghasilkan oksigen sebagai salah satu produk akhir fotosintesisnya.persamaan umum bagi fotointesis bakterial ialah :
                  2HA + CO                                    (COO)x + 2A +HO

Dengan adanya cahaya (energy pancaran) dan karbohidrat
b.      Pigmen hijau bakterioklorofil
      Disini HA menyatakan reduktan kimiawi, seperti senyawa anorganik, H, HS, HSO, atau senyawa anorganik laktat atau suksinat. Bila HA dalam persamaan ini adalah HS, maka A adalah S.
Kedua persamaan tersebut diatas menyatakan hasil keseluruhan fotosintesis. Banyak telah dipelajari mengenai reaksi-reaksi kimiawi yang terlibat dalam fotosintetsis bakteri dan tumbuhan. Berikut ini adalah tinjauan mengenai proses-proses penghasil energi yang bergantung pada cahaya yang menyangkut bakterioklorofil pada bakteri dan klorofil pada tumbuhan, algae, dan sianobakteri. 

c.       Fotofosforilasi siklik dan non siklik
      Bakteri fotosintetik mempunyai klorofil, disebut bakterioklorofil, yang berbeda dengan klorofil pada tumbuh-tumbuhan dalam hal struktur dan sifat-sifat penyerapan cahayanya. Bakterioklorofil menyerap cahaya pada daerah dekat infranerah ( 660-870 nm). Tidsk dikandung di dalam kloroplas tetapi ditemukan pada sistem-sistem membran yang ekstensif diseluruh sel bakteri.
      Bila sebuah molekul bakterioklorofil menyerap satu kuantum cahaya, energi dan cahaya tersebut mengangkat molekul tersebut pada keadaan eksitasi ( excited state ). Pada keadaan eksitasi ini sebuah elektron terusir dari baterioklorofil. Bakterioklorofil itu sendiri menjadi bermuatan positif, lalu berfungsi sebagai penangkap elektron atau bahan pengoksidasi yang kuat.
      Elektron tersebut, yang membawa sebagian energi yang diserap dari cahaya, dipindahkan pada suatu protein “heme” yang mengandug besi yang terkenal sebagai feredoksin. Dari sini kemudian berturut-turut dilakukan pada ubikuinon, sitokrom b, dan sitokrom f, dan akhirnya kembali ke bakterioklorofil yang bermuatan positif. Pada hakekatnya, elektron tersebut telah bergerak mengelilingi suatu lingkaran, diawali dengan bakterioklorofil dan kembali kesitu pula. Jadi seluruh proses ini disebut fosforilasi siklik.


5.      Mekanisme sintesis ATP
      Reaksi-reaksi kimiawi yang menuju pada pembentukan ATP kini telah dimengerti dengan baik. Namun bagaimana caranya pemindahan elektron melalui rantai transpor elektron digandengkan dengan sintesis ATP tidak begitu jelas. Telah dihasilkan beberapa hipotesis pilihan untuk menrangkan bagaimana energi yang dilepaskan selama transpor elektron disimpan dalam bentuk ATP teori yang sekarang ini yang berlaku ialah hipotesis kemiosmotik, yang diajukan oleh Peter Mitchell, seorang ahli biokimia berkebangsaan inggris, pada tahun 1961. Menurut teori ini, aliran elektron melewati sistem molekul pembawa, melepaskan energi yang mendorong ion-ion hidrogen bermuatan positif  (H), atau proton, melintasi membran-membran kloroplas, mitokondria, dan sel bakteri. Pergerakan ion-ion hidrogen ini berakibat dengan menjadi masamnya medium tempat terdapatnya organel dan sel terciptanya gradien PH (perbedaan PH) melintasi membran organel atu sel. Tambahan pula, pergerakan ion hidrogen semacam itu menyebabkan terbentuknya gradien tegangan listrik(  yaitu perbedaan muatan ) memlintasi membran (karena muatan listrik dibawa oleh proton). Dengan cara ini energi yang dibebaskan selama pemindahan elektron melalui rantai angkutan elektron disimpan sebagai daya proton motif, gradien tegangan listrik terbentuk dengan cara dipompanya ion-ion hidrogen melintasi membran.
      Setelah langkah konservasi energi yang pertama ini, ketika ion-ion hidrogen memasuki kembali organel atau sel, ion-ion tersebut diangkut oleh enzim adenosin trifosfatase yang terikat pada membran. Energi yang dilepaskan pada saat masuknya kembali itu mendorong sintesis ATP.

B. Reaksi Asimilasi dan Penggunaan Energi
            ATP yang terbentuk melalui reaksi-reaksi disimilasi pada sel bakteri dipergunakan melali berbagai macam cara. Sejumlah besar energi tersebut. Sejumlah besar energi tersebut digunakan dalam biosintesis struktur sel seperti dinding sel, membran sel, dan granula-granula penyimpan energi. Proses-proses lain yang menggunakan ATP meliputi pergerakan, produksi panas,pengangkutan solut melintasi membran dan bioluminesen. Sebagian besar dari ATP yang diperoleh dari reaksi-reaksi disimilasi dipergunakan untuk proses-proses metabolik yang tidak berkaitan dengan biosintesis bahan sel. Kita akan memeriksa beberapa dari proses-proses ini sebelum membahas penggunaan energi dalam biosintesis.

1. Penggunaan Energi dalam Proses Nonbiosintetik
a.          Produksi Panas
        Mikroorganisme menghasilkan panas dari aktivitas metabolik normalnya, yang menyebabkan naiknya suhu biakan. Hal ini dapat dengan mudah diamati dalam biakan berukuran besar yang digunakan dalam industri-industri fermentasi, seperti dalam produksi antibiotik. Hanya sedikit saja yang kita ketahui mengenai berapa bagian energi bebasdari eaksi-reaksi eksergonik mikrobial yang dilepaskan sebagai panas. Terutama yang berperan dalam pembentukan panas tersebut ialah enzim ATPase. Peranan fisiologis enzim ini agak kabur, tetapi diperkirakan bahwa enzim tersebut berfungsi untuk membuang kelebihan ATP dan dengan demikian membantu mengatur metabolisme energi sel. Hilangnya energi dari ikatan-ikatan fosfat berenergi tinggi dalam bentuk panas juga terjadi melalui cara-cara lain. Misalnya, bila sel membentuk suatu ikatan ester atau amide dalam sintesis suatu molekul, hanya dibutuhkan kira-kira 3.000 kal. Tetapi perombakan ikatan fosfat berenergi tinggi melepaskan 12.000 kal. Energi yang tidak digunakan dalam pembentukan ikatan ester atau amide (9.000 kal) dilepaskan sebagai panas.

b.         Pergerakan (Motilitas)
        Bagi pergerakan silia dan flagella pada mikroorganisme motil dibutuhkan energi. Menurut perkiraan, sebanyak 10 persen dari energi yang dipakai oleh beberapa dari mikrobe ini digunakan untuk pergerakan flagella.
        Bukti yang menunjang bahwa ATP dibutuhkan untuk pergerakan flagella berasal dari penelitian sitokimia pada bakteri-bakteri motil. Hasil penelitian ini menampakkan adanya aktivitas ATPase yang bergantung pada Mg pada situs-situs pada membran tempat munculnya flagella. Dalam melakukan percobaan Bacillus licheniformis, ATP dianggap sebagai substrat satu-satunya bagi ATPase yang bersosialisasi dengan membran bakteri. Peruraian ATP oleh ATPase melepaskan fosfat anorganik yang bereaksi dengan timbal nitrat terlarut yang sebelumnya ditaruh di dalam larutan bakteri, meninggalkan area-area berwarna hitam (deposit timbal fosfat yang tidak dapat larut) sebagaimana terlihat pada mikroskop elektron. Area-area berwarna hitam ini terlokalisasi pada membran pada tempat-tempat melekatnya flagella. Hal ini menunjukkan bahwa aktivitas ATPase terlokalisasi pada area-area ini dan karena itu ATP merupakan sumber energi bagi pergerakan flagela bakteri.
  
c.          Pengangkutan Nutrien
        Kecuali air dan molekul yang dapat larut dalam lemak, beberapa jenis senyawa dapat memasuki sel melalui difusi sederhana atau pasif. Dalam proses ini solut melintasi membran yang semipermeabel itu sebagai akibat pergerakan molekular acak dan tidak berinteraksi secara khusus dengan zat apa pun pada membran.
Mekanisme lain yang dipakai zat-zat untuk melintasi membran semipermeabel tersebut adalah difusi dipermudah (facillitated diffusion). Di sini molekul solut bergabung secara reversibel cdengan suatu molekul penghantar protein khusus (disebut portir) pada membran, dan kompleks solut-penghantar tersebut bergerak, antara permukaan-permukaan membran sebelah dalam dan luar, melepaskan satu molekul solut yang baru. Tipe difusi ini selalu memindahkan molekul-molekul solut dari daerah konsentrasi solut yang tinggi ke yang lebih rendah.Baik difusi  sederhana maupun difusi dipermudah tidak membutuhkan energi metabolik, juga tidak menyebabkan konsentrasi ataupun akumulasi solut melawan gradien elektrokimiawi atau osmotik. Dua mekanisme lainnya yang membawa solut melintasi membran , yaitu translokasi kelompok dan transpor aktif, membutuhkan energi metabolik.
Pada translokasi kelompok, substansi yang akan diangkut harus dimodifikasi secara kimiawi sebelum diangkut ke dalam sel oleh penghantar. Proses yang menuju pada modifikasi kimiawi membutuhkan energi metabolik.Pada angkutan aktif, solut diangkut oleh suatu penghantar osmotik atau elektrokimiawi dengan menggunakan energi metabolik. Kecuali dalam hal kebutuhannya akan energi metabolik untuk melangsungkan pengangkutan ini, angkutan aktif banyak persamaannya dengan difusi dipermudah.

d.         Translokasi kelompok
Contoh yang baik mengenai translokasi kelompok ialah pegangkutan senyawa-senyawa gula tertentu , seperti glukose, frutose, dan manose ke dalam sel bakteri. Dalam proses ini, mula-mula protein yang tahan panas (HPr) diaktivasi dengan cara memindahkan sebuah gugusan fosfat dari senyawa berenergi tinggi fosfoenolpiruvat (PEP) pada HPr di dalam sel.
PEP + HPr enzim 1 Piruvat + fosfo    HPr
Pada saat yang bersamaan, gula bergabung dengan enzim 2 pada permukaan luar membran dan diangkut ke permukaan dalam membran. Di sini lalu bergabung dengan gugusan fosfat yang dibawa oleh HPr teraktivasi. Gula-fosfat tersebut tersebut kemudian  dilepaskan oleh enzim 2 dan memasuki sel. Reaksi ini dapat disingkat sebgai berikut :
fosfo    HPr + gula enzim 2 gula     fosfat + HPr
      (Diluar sel)                                         (Didalam sel)
Reaksi pengangkutan ini hanya mengangkut gula ke dalam sel, karena gula-fosfat di dalam sel tidak mempunyai afinitas terhadap penghantar. HPr dan enzim 1 adalah protein sitoplasmik terlarut. HPr mempunyai berat molekul rendah dan telah dapat dimurnikan sampai taraf yang tinggi. Enzim 2 terikat pada membran dan spesifik bagi senyawa-senyawa gula tertentu yang diangkutnya. Enzim tersebut telah dapat dilarutkan gdan dimurnikan sebagian.           
Proses-proses translokasi kelompok lainnya yang diketahui mencakup pengambilan adenin dan butirat pada permukaan luar sel dan pengubahannya pada permukaan dalam membran, masing-masing menjadi adenosin menofosfat (AMP) dan butiril-KoA.

e.          Angkutan Aktif
Hampir semua solut, termasuk gula, asam amino, peptide, nukleoside, dan ion-ion, diambil oleh sel melalui angkutan aktif. Ketiga langkah angkutan aktif ialah :
1.      Pengikatan solut pada situs penerima pada protein penghantar yang terikat pada membran.
2.      Translokasi kompleks solut-penghantar melintasi membran.
3.      Penggandengan translokasi pada suatu reaksi penghasil energi untuk mengurangi afinitas penghantar protein terhadap solut pada permukaan dalam membran sehingga protein penghantar akan melepaskan solut tersebut ke dalam sel.
Telah diusulkan beberapa mekanisme untuk menjelaskan dasar molekular angkutan aktif solut pada mikroorgnisme. Bukti-bukti yang ada menyarankan bahwa angkutan aktif juga dapat deijelaskan dengan teori kemiosmotik Mitchell. Dalam hal ini energi yang dilepaskan selama mengalirnya elektron atau lepasnya sebuah gugusan fosfat dari ATP mendorong proton keluar dari sel. Ini membangkitkan perbedaan nilai pH dan tegangan listrik antara daerah di dalam dan di luar sel atau melintasi membran.
Gradien proton ini menciptakan tenaga yang digerakkan oleh proton (daya protonmotif) yang dapat digunakan untuk memompa solut ke dalam sel. Ketika proton memasuki kembal sel, energi yang dilepaskan pada saat masuknya kembali itu mendorong mekanisme pengangkutan pada membran sel, mungkin dengan cara menginduksi perubahan konformasi pada molekul penghantar sehingga afinitasnya terhadap solut berkurang dan solut tersebut dilepaskan ke dalam sel.

2.      Penggunaan Energi dalam Proses Biosintetik
Kita telah melihat bagaimana energi dibelanjakan untuk produksi panas, pergerakan dan pengangkutan nutrien ke dalam sel mikrobe. Kesemuanya ini merupakan proses nonbiosintetik. Proses-proses biosintetik di dalam sel juga membutuhkan energi; energi dari ATP digunakan untuk mengubah satu zat menjadi zat lainnya dan untuk mensintesis substansi-substansi yang rumit dari yang sederhana.
a.       Penggunaan Substansi
               Asam amino, yang macamnya kira-kira ada 20, adalah bahan pembangun protein. Tipe protein yang dibentuknya ditentukan oleh urutan asam-asam aminonya yang bersangkutan.
Alanin (Ala)
Glisin (Gli)
Prolin (Pro)
Arginin (Arg)
Histidin (His)
Serin (Ser)
Asparaginn (Asp-NH2, Asn)
Isoleusin (Ile)
Threonin (Thr)
Asam aspartat (Asp)
Leusin (Leu)
Triptofan (Trp)
Sistein (Sis)
Lisin (Lis)
Tirosin (Tir)
Asam glutamat (Glu)
Metionin (Met)
Valin (Val)
Glutamin (Glu-NH2, Gln)
Phenylalanin (Phe)









  


               Contoh khusus mengenai sintesis asam amino prolin oleh bakteri Escherichia coli. Asam glutamat adalah reaktan awalnya. Pada langkah pertama sebuah gugusan asam (--COOH) direduksi menjadi gugusan aldehide (--CHO). Langkah ini membutuhkan dua elektron dari NADPH2 dan energi dari ATP. Gugusan aldehide tersebut kemudian secara spontan bereaksi dengan gugusan amino (--NH2) pada molekul yang sama, membentuk cincin,. Langkah ini disusul dengan reduksi cincin untuk mmbentuk prolin.
               Contoh lain ialah lintasan bagi perubahan asam aspartat menjadi lisin, metionin, dan threonin. Pengubahan ini menggunakan energi metabolik dalam bentuk ATP. Kedua contoh ini menggambarkan bagaimana energi dibelanjakan untuk saling diubahnya (interkonveksi) satu substansi menjadi substansi lainnya.

b.      Sintesis Makromolekul
Taraf lain biosintesis ialah penggabungan molekul-molekul yang lebih kecil untuk membentuk molekul yang lebih besar yaitu sintesis makromolekul. Proses ini dapat digambarkan dengan mengambil contoh biosintesis peptidoglikan dinding sel bakteri.

1)   Struktur Peptidoglikan
         Bagian yang kaku pada dinding sel bakteri terbuat dari suatu polimer yang dikenal sebagai murein peptidoglikan atau mukopeptide. Dinding bakteri gram-positif mengandung peptidoglikan dalam proporsi yang besar, pada dinding bakteri gram-negatif proporsi peptidoglikannya jauh lebih kecil. Peptidoglikan bervariasi dalam komposisi kimiawi dan strukturnya dari spesies ke spesies, tetapi mempunyai persamaan-persamaan dasar. Peptidoglikan adalah polimer yang amat besar, terdiri dari tiga jenis bahan pembangun: (1) asetilglukosamin (AGA), (2) asam asetilmuramat (AAM), dan (3) suatu peptide yang terdiri dari empat atau lima asam amino yang macamnya terbatas.
         Beberapa dari asam-asam amino tersebut ada dalam konfigurasi isomer-D, suatu konfigurasi yang tidak umum dijumpai pada tempat lain di alam ini. Cara terbaik untuk menggambarkan peptidoglikan ialah sebagai rantai tulang punggung polisakarida yang terdiri dari unit-unit AGA dan AAMyang berselang seling, dengan rantai-rantai peptide pendek yang menonjol dari unit-unit AAM. Banyak dari rantai-rantai peptide ini terikat-silang (“cross-linked”) dengan sesamanya sehingga memberikan sifat kaku pada struktur keseluruhannya. Beberapa peptidoglikan berbeda dalam hal bahwa rantai-rantai peptidenya tidak langsung terikat silang dengan sesamanya, melainkan melainkan terikat oleh sejenis peptide lain yang membentuk suatu jembatan antara gugusan karboksil (asam) terminal dari satu rantai samping dengan gugusan amino bebas dari lisin atau asam diaminopimelat (DPM) pada rantai samping di sebelahnya. Misalnya, pada Staphylococcus aureus, suatu jembata yang terdiri dari lima molekul glisin dapat menghubungkan dua peptide AAM bersama-sama. Tipe ikatan silang ini biasanya khas bagi masing-masing spesies.
2)     Aktivasi Prekursos Peptidoglikan
                     Escherichia coli dapat mensintesis peptidoglikan dinding-sel bila ditumbuhkan dalam medium sederhana yang terdiri dari glukose, amonium sulfat dan garam-garam mineral. Salah satu dari langkah –langkah permulaan sintesis ini ialah pembentukan suatu derivat teraktivasi asam asetil-muramat. Aktivasi molekul-molekul gula seperti asetilglukosamin melalui pengikatan suatu gugusan uridin difosfat (UDP) untuk membentuk prekursor gula-UDP tidak hanya khusus bagi asam asetilmuramat tetapi merupakan suatu metode umum yang digunakan dalam biosintesis banyak macam polisakarida.
3)   Sintesis Peptidoglikan
         Setelah  pembentukan AAM teraktivasi sintesis peptidoglikan berlangsung sebagai berikut:
(1)      Asam-asam amino terikat pada bagian AAM dari prekursor teraktivasi sehingga membentuk suatu rantai peptide pendek,. Ribosom tidak terlihat, tetapi setiap penambahan asam amino membutuhkan energi dari perombakan ATP dan adanya Mg2+ atau Mn2+ serta suatu enzim yang spesisfik.
(2)      Prekursor AAM-UDP tergandeng pada fosfolipid membran yang disebut baktoprenol .
(3)      AGA tergandeng pada AAM dari prekursor AAM-UDP. Reaksi ini membutuhkan bentuk teraktivasi AGA, yaitu AGA-UDP. Pada sementara organisme, penambahan peptide-peptide yang “menjembatani” terjadi pada langkah ini.
(4)      Prekursor tersebut, dalam keadaan masih terikat pada baktoprenol, dibawa keluar dari sel melalui membran sel dan dihubungkan pada rantai peptidoglikan yang sedang tumbuh pada dinding sel. Ikatan-ikatan peptide kemudian dapat terbentuk, dan penggabungan prekursor tersebut ke dalam peptidoglikan yang sedang tumbuh itu dengan demikian selesai.

c.        Sintesis Organik pada Bakteri Kemoautotrofik
               Bakteri kemoautotrofik tidak membutuhkan nutrien organik dan menggunakan karbon okside sebagai sumber karbon satu-satunya. Bakteri ini mengoksidasi nutrien anorganik seperti hidrogen, amonia, nitrit, dan tiosulfat untuk menghasilkan energi metabolik dalam bentuk ATP dan dalam beberapa hal tenaga  pereduksi dalam bentuk NADPH2. Dibandingkan dengan bakteri-bakteri lainnya, seperti heterotrof, keadaan bakteri kemoautotrofik tidak begitu menguntungkan dari segi energitika. Elektron-elktron yang berasal dari oksidasi nutrien anorganik dari nakteri kemoautotrofik biasanya memasuki rantai angkutan elektron pada titik yang lebih tinggi (kecuali bakteri Hydrogenomonas dan bakteri sulfur nonfotosintetik).
        Ambilllah contoh Nitrobacter. Karena Eo’ dari NO3-/ NO2- lebih tinggi daripada Eo’ NADP/NADPH + H+, tidaklah mungkin untuk menggandengkan oksidasi nitrat (sumber energi anorgani bagi Nitrobacter) dengan pembentukan tenaga pereduksi dalam bentuk NADPH2 pada permulaan rantai angkutan elektron. Dengan memasuki rantai tersebut pada sitokrom c, yang nilai Eo’nya lebih tinggi daripada  NO3-/ NO2-,  Nitrobacter menghasilkan jauh lebih sedikit ATP dibandingkan dengan heterotrof dan tidak membentuk tenaga pereduksi dalam bentuk NADPH2. Bila demikian, bagaimanakah kemoautotrof seperti  Nitrobacter membentuk NADPH2 untuk bersama-sama dengan ATP digunakan dalam penambatan karbon diokside, yaitu tahap awal biosintesis semua senyawa organik yang dibutuhkan ? Organisme-organisme kemoautotrofik ini menggunakan suatu proses yang disebut arus elektron terbalik atau pembentukan NADPH2 yang bergantung pada ATP. Dalam proses ini, energi yang dilepaskan pada perombakan ATP digunakan untuk mendorong elektron-elektron dari oksidasi sumber energi anorganik menuju suatu nilai Eo’ yang mampu mereduksi NAD+ atau NADP+.
        Metode utama penambatan karbondiokside pada bakteri autotrofik ialah siklus Calvin. Pada lintasan ini, karbondiokside ditambat dalam suatu reaksi yang menggunakan ribulose difosfat sebagai molekul akseptor (penerima). Produk utama penambatan karbondiokside ialah asam 3-fosfogliserat; dari senyawa inilah semua molekul organik lainnya pada sel disintesis. Tetapi, penambatan karbondiokside bergantung pada suplai molekul akseptor tadi, yaitu ribulose difosfat, dan dengan demikian sebagian besar dari asam 3-fosfogliserat yang dihasilkan harus digunakan untuk pembentukan kembali ribulose difosfat. Jadi, proses penambatan karbondiokside bersifat siklik. Pada setiap putaran siklus tersebut ditambat satu molekul karbondiokside. Berbagai intermediet siklus tersebut di tarik keluar dan memasuki berbagai lintasan biosintetik yang berbeda-beda.
               Siklus penambatan karbondiokside ini rumit. Beberapa dari reaksi-reaksinya sama seperti pada lintasan glikolitik dan pentose fosfat. Dua reaksi yang spesifik bagi siklus ini ialah: reaksi penambatan karbondiokside dan reaksi pembentukan kembali ribulose difosfat sebagai akseptor karbondiokside. Reaksi keseluruhan bagi siklus Calvin ialah
6CO2+12NADPH+12H++18ATP+12H2O     C6H12O6+12NADP+18ADP+18Pa.
                                                        (glukose)        




BAB III
PENUTUP

A.     Kesimpulan
1.      Disimilasi atau katabolisme (perombakan) meliputi oksidasi substrat yang diiringi dengan terbentuknya energi, yaitu proses degradasi sebagai reaksi penguraian bahan organic kompleks menjadi bahan organis sederhana atau bahan organic yang menghasilkan energi dalam betuk ATP.
2.      Asimilasi atau anabolisme (pembangunan) meliputi sintesis protoplasma yaitu proses sintesa makromolekul seperti asam nukleat, lipida dan polisakarida sera penggunaan energi yang dihasilkan dari proses katabolisme.

B.     Saran
1.      Sebaiknya dalam mencari materi makalah menggunakan sumber yang terpercaya seperti buku dan jurnal.
2.      Segala kritik dan saran yang bersifat membangun tentang isi makalah ini sangat dibutuhkan demi perbaikan kedepannya.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Pembahasan road to SBMPTN 2019!

Mau tau apa isi blog sebelumnya? silahkan klik  https://khumairahmela.blogspot.com/2018/10/siap-sbmptn-2018.html   PEMBAHASAN 1.  ...

"People With Passion Can Change The World"! Steve Jobs Said ( Co-Founder Apple )