Metabolisme Mikrobia Metabolisme Mikrobia Katabolisme & Energi

Presentasi berjudul: "Metabolisme Mikrobia Metabolisme Mikrobia Katabolisme & Energi"— Transcript presentasi:

1 Metabolisme Mikrobia Metabolisme Mikrobia Katabolisme & Energi
Penghasilan PMF Penghasilan ATP Biooksidasi Respirasi (Aerobik) Respirasi Anaerobik Fermentasi Fotoautotrofi Fotosisntesis (oksigenik & anoksigenik) Reaksi cahaya Reaksi gelap (fiksasi CO2) Anabolisme: Biosistesis Biosisntesis karbohidrat Biosisntesis Lipid Biosisntesis Protein Biosistesis asam nukleat

2 1.2. Metabolisme mikrobia Metabolisme:
Katabolisme : pemecahan  energi Anabolisme : sintesis ← energi Metabolisme selular utama: Glikolisis Siklus Krebs Rantai Respirasi

3 Mekanisme dasar Metabolisme & Penghasilan Energi
Energi: kemampuan melakukan kerja Sumber energi: cahaya matahari & bahan org/anorg Bentuk energi yang dipakai: ATP Jasad hidup tunduk terhadap Hukum Termodinamika Aliran Elektron dari Rekduktan ke Oksidan menghasilkan energi Enzim: katalisator protein yang membuat sistem kehidupan berjalan dengan cara memacu kecepatan reaksi pada suhu rendah. Enzim tidak mengubag “Keq” tetapi menurnkan energi aktivasi  mempercepat tercapainya keadaan equilibrium

4 Energi Bebas & Reaksi Biokimiawi
Reaksi : A + B  C + D Keq = (C) (D)/(A) (B) Keadaan Standard: (A); (B); (C) ; (D)  1M ; pH = 7; T = 25°C = (298°K) Energi bebas Standard: G°’= - 2,3RT log Keq. Keadaan equilibrium: konsentrasi (A), (B), (C) dan (D) sudah tetap ! G = G°’ + 2,3RT log K = -2,3 RT logKeq + 2,3RT log K eg. ATP  ADP + Pi G°’ = cal/mol

5 Energi bebas Reaksi Redoks
G = -nF. E n = 2 (sistem hayati) F = cal/V.mol (Konst. Faraday) eg. NADH2  O2 (E = 1,14 Volt) G = cal/mol  4,3 ATP Fakta: NADH2 = 3 ATP Efisiensi = 75%

6 1.3. Penghasilan PMF (Proton Motive Force)
Pembentukan gradien proton/pH di antara dua sisi membran: Membran sel bakteri, arkhaea Membran dalam mitokondria Membran tilakoid kloroplas

7 Generation of PMF

8 1.4. Penghasilan energi: ATP
Bentuk energi yang digunakan jasad hidup (ATP) Pembentukan ATP ada 3 macam: Fosforilasi tingkat substrat Fosforilasi oksidatif – khemiosmosis Fosforilasi fotosintetik

9 Molekul ATP

10 ATP

11

12 Penghasilan energi : Biooksidasi

13 A model : redox reaction...
         Fe 2+  Fe e Fe 2+ teroksidasi menjadi Fe3+ karena kehilangan elektron Fe3+ tereduksi menjadi Fe 2+ dengan menerima elektron

14 Koenzim: NAD & FAD NAD: Nicotinamide Adenine Dinucleotide
(NAD+  NADH2) NADP: Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate (NADP+  NADPH2) FAD: Flavin Adenine Dinucleotide (FAD+  FADH2)

15 FAD+ FADH2

16 FAD+ FADH2

17 (NAD+  NADH2)

18 Penulisan Singkat

19 NADP

20 NADP

21 Biooksidasi: 1. Respirasi aerobik  O2 (oksigen)
2. Respirasi anaerobik  anorganik 3. Fermentasi  organik 1. Respirasi Aerobik: 1.1. Glycolysis 1.2.Tricarboxylic Acid cycle (Krebs Cycle) 1.3. Oxidative phosphorylation

22 Reaksi biooksidasi-reduksi
Laktat + NAD+  Piruvat + NADH2 Bio-katalisator : Lactate Dehydrogenase

23 Energetics and carbon flow in (a) aerobic respiration, (b) anaerobic respiration, (c) chemolithotrophic metabolism, and (d) phototrophic; metabolism

24 1. Respirasi aerobik

25 Embden-Meyerhof pathway
Glycolysis: A common biochemical pathway for the fermentation of glucose is glycolysis, also named the Embden-Meyerhof pathway for its major discoverers. Can be divided into three major stages.

26 Stages I and II: Preparatory and Redox Reactions
Stage I : A series of preparatory rearrangements: reactions that do not involve oxidation-reduction and do not release energy but that lead to the production from glucose of two molecules of the key intermediate, glyceraldehyde 3-phosphate. Stage II: Oxidation-reduction occurs, energy is conserved in the form of ATP, and two molecules of pyruvate are formed.

27 Stage III: Production of Fermentation Products
A second oxidation-reduction reaction occurs and fermentation products (for example, ethanol and CO2, or lactic acid) are formed.

28 1.1.Glikolisis

29 Fruktosa-1,6-bi- Phosphate

30

31 Perubahan Piruvat Asetil-CoA
Pyruvate + Coenzyme A + NAD+  Acetyl-CoA + CO2 + NADH2 Coenzyme A

32 1.2.Siklus Krebs

33 1.2. Siklus Krebs

34

35 1.2.Siklus Krebs

36 1.3.Fosforilasi Oksidatif (Rantai Respirasi)
Akseptor elektron terakhir: O2

37 Cytochrome

38 Fosforilasi oksidatif

39 Generation of PMF: teori khemiosmotik

40 Penghasilan ATP: Respirasi Aerobik
Glikolisis (8 ATP)  Perubahan Piruvat  Asetil-CoA (6 ATP) Siklus Krebs (24 ATP) Fosforilasi oksidatif 38 ATP

41 Glikolisis: Penghasilan ATP Penghasilan ATP:
1,3 bifosfogliserat  3 –fosfoliserat : 2 ATP PEP  Piruvat : 2 ATP Subtotal ATP Pemakaian ATP: Glukosa  Glukosa -6-P : 1 ATP Fruktosa-6-P  Fruktosa-1,6-bi-P : 1 ATP Sub-total ATP Netto penghasilan ATP Penghasilan NADH2 Gliseraldehid-3-P  1,3-bi-P-Gliserat: 2 NADH 

42 Piruvat  Asetil-CoA Piruvat  Asetil-CoA : 2 NADH2
Piruvat + Co-A + NAD+  Aseti-CoA + CO2 + NADH2

43 Siklus Krebs Isositrat  α-Ketoglutarat : 2 NADH2 α-Ketoglutarat  Suksinil-CoA : 2 NADH2 Suksinil-CoA  Suksinat : 2 ATP Suksinat  Fumarat : 2 FADH2 Malat  Oksaloasetat : 2 NADH2 Netto: 6 NADH2 2 FADH2 2 ATP

44 Fosforilasi Oksidatif
1 NADH2  3 ATP 1 FADH2  2 ATP Glikolisis : 2 NADH2  x 3 = 6 ATP Piruvat  Asetil-CoA: 2 NADH2  x 3 = 6 ATP Siklus Krebs: Isositrat  α-Ketoglutarat : 2 NADH2 = 6 ATP α-Ketoglutarat  Suksinil-CoA : 2 NADH2 = 6 ATP Suksinat  Fumarat : 2 FADH2 = 4 ATP Malat  Oksaloasetat : 2 NADH2 = 6 ATP Sub-total = 22 ATP Total ATP

45 Total Penghasilan ATP Total 38 ATP Bakteria & Archaea : 38 ATP
Glikolisis : 2 NADH2  2 x = 6 ATP (Fosforilasi oksidatif) 2 ATP = 2 ATP (Fosforilasi tkt substrat) Sub-total = 8 ATP Piruvat  Asetil-CoA: 2 NADH2  x 3 = 6 ATP (Fosforilasi oksidatif) Siklus Krebs: Isositrat  α-Ketoglutarat : 2 NADH2 = 6 ATP (Fosforilasi oksidatif) α-Ketoglutarat  Suksinil-CoA : 2 NADH2 = 6 ATP (Fosforilasi oksidatif) Suksinat  Fumarat : 2 FADH2 = 4 ATP (Fosforilasi oksidatif) Malat  Oksaloasetat : 2 NADH2 = 6 ATP (Fosforilasi oksidatif) Suksinil-CoA  Suksinat : 2 ATP = 2 ATP (Fosforilasi tkt substrat) Sub-total = 24 ATP Total ATP Bakteria & Archaea : 38 ATP Mikrobia eukaryotik: 36 ATP (2 ATP digunakan untuk transfer 2 NADH2 dari sitoplasma ke dalam mitokondria)

46 Total energi Respirasi Aerobik
Glikolisis : NADH2 = 6 ATP 2 ATP = 2 ATP Piruvat  Acetyl-CoA NADH2 = 6 ATP Siklus Krebs NADH2 = 18 ATP 2 FADH2 = 4 ATP 2 ATP = 2 ATP Total = 38 ATP

47

48

49 Respirasi Anaerobik Reduksi Nitrat  Nitrit NH3  N2 (Closteridium sp.) Reduksi Sulfat  H2S (Desulforomonas sp.) Redksi CO2  CH4 (Methanococcus sp. ; Archaea)

50 2. Respirasi Anaerobik: Reduksi Nitrat
Reduksi Nitrat: NO3 + e + H+  NO2 + H2O

51 Respirasi anaerobik: Reduksi Sulfat
Siklus Sulfur di alam

52 Reduksi Sulfat Bakteri Pereduksi Sulfat Reaksi Reduksi Sulfat

53 Respirasi anerobik: Pembentukan CH4
Molekul methana

54 Pembentukan metana: redusksi CO2

55 Methanogenesis

56 3. Fermentasi 3.1. Ethanolic fermentation 3.2. Propionic acid
3.3. Mixed acid 3.4. Butanediol 3.5. Butyric acid 3.6. Amino acid 3.7. Fermentation of acetate to methane 3.8. Methanogenesis

57 Lactic acid fermentation

58 Fermentasi etanol

59 Fermentasi

60

61 Katabolisme Lipid: Trigliserida

62 Betha-oxidation

63 Protein catabolism

64 Nucleotide catabolism

65 Katabolisme Purin

66 Overview of metabolism

67 5. Photoautotrophy 5.1. Absrorption of light energy
5.2. Oxygenic photosynthesis 53. Anoxygenic photosynthesis

68 Fotosintesis

69

70 Fotosintesis: Reaksi cahaya

71

72 Fotosintesis: reaksi cahaya

73 Light Reaction

74 Cyclic Photo-phosphorilation: animation

75

76 Anoxygenic photosynthesis