NUTRISI, KULTUR, DAN METABOLISME MIKORORGANISME

Nutrisi Mikroorganisme

Mengapa Mikroba membutuhkan Nutrisi? Mendapatkan Energi Tumbuh Aktivitas metabolisme Replikasi Komponen sel baru

Pertumbuhan Mikroba Memanipulasi pertumbuhan penting untuk : Pengendalian infeksi Pertumbuhan industri dan organisme bioteknologi

Jenis Energi Utama Yang melakukan Metabolisme All microorganisms Inorganic CO2 = carbon source AUTOTROPH (Self feeders) Making own food by reducing CO2 Photoautotrophs Chemoautotrophs Organic compound = carbon source HETEROTROPH Using ready-made organic molecules for food Photoheterotrophs Chemoheterotrophs

Kelompok Mikroba Berdasarkan Energi yang Ditangkap dan Sumber Karbon AUTOTROF: mengunakan karbon dioksida untuk mensintesa molekul organik Dapt dibagi 2, yaitu: Fotoautotrof: memperoleh energi dari cahaya Kemmoautof: memperoleh energi dari mengoksidasi bahan inorganik yang sederhana

Kelompok Mikroba Berdasarkan Energi yang Ditangkap dan Sumber Karbon HETEROTROF: Mengambil karbondioksida dari molekul organik yang telah tersedia Ada 2 jenis, yaitu: Fotoheterotrof: memperoleh energi kimia dari cahaya Kemoheterotrof: memperoleh energi dari bahan organik yang telah terurai

Contoh Sumber Energi Jenis Sumber Energi Sumber Karbon Contoh Fotolitotrof Cahaya CO2 Algae, Bakteri sulfur ungu, bakteri sulfur hijau Fotoorganotrof Bahan organik Bakteri non sulfur ungu Kemolithotrof Oksidasi bahan inorganik   Bakteri nitrifikasi, bakteri besi, bateri H2 Kemoorganotrof Oksidasi bahan organik Bakteri secara umum, jamur, protozoa

Untuk memahami kebutuhan nutrisi mikroba, sangat penting intuk memahami komposis kimia sel mikroba

Nutrisi Mikroba Nutrisi Mensupply monomer (atau prekursor) Dibutuhkan untuk pertumbuhan sel Nutrisi makro Elemen yang dibutuhkan oleh tubuh dalam jumlah besar Nutrisi mikro : - dibutuhkan dalam jumlah sedikit (trace elements) Elemen anorganik Dibutuhkan dalam jumlah sedikit Biasanya sebagai kofaktor enzim Misal : besi

Komposisi Nutrisi Utama Sel Mikroba Unsur % BK Bentuk bahan kimia yang digunakan mikroba Fungsi fisiologi C 50 Bahan organik , CO, CO2 Konstituen utama bahan penusun sel protein, asam nukleat, lemak, Karbohidrat dan lainnya O 20 Bahan organik, H2O ,O2, CO2 N 14 Bahan organik, NH4+, NO3-, N2 H 8 Bahan organik, H2O, H2 P 3 HPO42- Asam nukleat, fosfolipid, asam teichoic, koenzim S 1 Bahan organik sulfur , SO42-, HS-, S0, S2O32- protein, koenzim k K+ Kation inorganik utama, kofaktor enzim Na Na+ transportasi, tranduksi energi Ca 0.5 Ca2+ Kofaktor enzim, mengikat dinding sel Mg Mg2+ Kofaktor enzim, mengikat dinding sel, membran & ester fosfat Cl Cl- Anion inorganik utama Fe 0.2 Fe2+, Fe3+ sitokrom, ferredoxin, kofactor

Nutrisi Makro Karbon 50% dari berat kering sel Pembentuk molekul organik, sumber energi Dibutuhkan bagi protein, gula, lemak untuk membentuk struktur sel Kemoheterotrof: mendapatkan C dari gula, asam organik, lemak, protein, atau bahan oranik lainnya Kemoautotrof: mendapat C dari CO2 Nitrogen 12% dari berat kering sel Pada asam amino dan protein Dibutuhkan bagi protein, DNA, RNA Kebanyakan bakteri mendapat nitrogen dari protein yang didekomposisi Beberapa bakteri menggunakan nitrat atau ammonium Sedikit bakteri menggunakan N2 dalam pengikatan nitrogen (nitrogen fixing organisms)

Nutrisi Makro Sulfur Pada asam amino, thiamine and biotin Sulfur untuk protein (enzim) dan vitamin Kebanyakan bakteri mendekomposisi protein Beberapa bakteri mengunakan ion sulfat (SO4-2) atau hidrogen sulfida (H2S) Fosfor Fosfor untuk ATP, DNA, RNA, dan membran Penting bagi fosfolipid, asam nukleat dan ikatan energi fosfat yang tinggi Ion fosfat (PO4-3) adalah sumber fosfat

Nutrisi Makro : Besi (Fe) Memainkan peranan penting dalam respirasi seluler Komponen kunci dari sitokrom dan protein besi sulfur (Fe-S) yang digunakan untuk transport elektron Ferrous (Fe2+) bersifat larut  kondisi anorganik Ferric (Fe3+) tidak larut  kondisi organik Untuk mendapatkan besi dari berbagai mineral yang tidak larut, sel akan menghasilkan suatau agen yang disebut siderofor yang dapat mengikat besi dan mengangkutnya ke dalam sel. Disebut enterobaktin

A Microbial Periodic Table of the Elements Figure 5.1

Nutrisi Mikro yang Dibutuhkan Sel Mikroba Element Chemical form used by the microbe Physiological functions Mn Mn2+ superoxide dismutase, photosystem II Co Co2+ coenzyme B12 Ni Ni+ hydrogenase, urease Cu Cu2+ cytochrome oxidase, oxygenase Zn Zn2+ alcohol dehydrogenase, aldolase, alkaline phosphatase, RNA and DNA polymerase, arsenate reductase Se SeO32- formate dehydrogenase, glycine reductase Mo MoO42- nitrogenase, nitrate reductase, formate dehydrogenase, arsenate reductase W (tungsten) WO42- formate dehydrogenase, aldehyde oxidoreductase

Faktor Pertumbuhan Senyawa organik yang dibutuhkan dalam jumlah yang sangat sedikit Merupakan senyawa kimia yang tidak dapat disintesis oleh mikroorganisme Senyawa oganik yang dapat diperoleh dari lingkungan Contoh : Vitamin, asam amino, purin dan pirimidin

Kultur Mikroorganisme

Media Kultur Media kultur adalah : nutrien yang digunakan untuk pertumbuhan mikroba di laboratorium Terbagi 2 golongan besar : – Defined media: media yang komposisi kimianya diketahui – Complex media: media yang komposisi kimianya tidak diketahui Contoh : yeast, meat extracts, Tryptic Soy broth (TSB), TSA

Defined medium – exact makeup is known

Media Kultur Media Selektif Media yang berisi senyawa-senyawa kimia yang secara selektif menghambat prtumbuhan beberapa mikroba tetapi tidak mikroba yang lain. Media Diferensial Media yang berisi senyawa kimia sebagai indikator, biasanya dapat mendeteksi reaksi kimia yang terjadi selama pertumbuhan mikroba

Media Pertumbuhan Prokariotik Berisi nutrien yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroba Sumber Energi Berisi makronutrien yang esensial Berisi mikronutrien yang esensial Faktor pertumbuhan Sterilisasi Bebas dari mikroba Inokulasi secara aseptik

Media Selektif Menekan pertumbuhan mikroba yang tidak diinginkan Berisi komponen/kondisi yang menekan pertumbuhan beberapa prokariot dan membiarkan mikroba yang diinginkan tumbuh Menghambat pertumbuhan mikoba yang tidak dikehendaki Digunakan untuk menyeleksi grup mikroba yang spesifik Misal : media MacConkey menekan pertumbuhan bakteri Gram + dan merangsang pertumbuhan enteric bacteria

Media Diferensial Memudahkan untuk mengenal koloni dari mikroba yang berbeda Mengadung senyawa kimia yang dapat mmbedakan secara spesifik jenis prokariotik Pewarna yang ditambahkan pada media dapat membedakan satu orgnisme dengan organisme yang lain Contoh : media agar darah digunakan untuk membedakan organisme hemolitik dengan organisme non hemolitik

Pertumbuhan pada media MacConkey Agar Selektif = Gram positif terhambat, hanya gram negatif yang tumbuh Differential – lactose fermenting Escherichia coli (E.coli) = gram - Salmonella typhimirium = gram -

KULTUR DI LABORATORIUM Sel dapat tumbuh di media cair atau padat Mikroba ada dimana-mana maka : – Sterilisasi media sangat penting – Teknik aseptik harus diperhatikan (Lihat Gambar)

Teknik Aseptik

KULTUR DI LABORATORIUM Teknik kultur murni : –Streak plate (lihat gambar) –Pour plate –Spread plate

Metode streak mikroba untuk membuat kultur murni

Metabolisme Mikroorganisme

Salah satu ciri makhluk hidup adalah melakukan metabolisme Metabolisme adalah : Total dari semua reaksi kimia yang terjadi di dalam sel. Metabolisme terbagi dua : 1. Anabolisme 2. Katabolisme

Perbedaan reaksi 1. Katabolisme, yaitu adalah reaksi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim (respirasi) 2. Anabolisme, yaitu lintasan metabolisme yang menyusun beberapa senyawa organik sederhana menjadi senyawa kimia atau molekul kompleks (Fotosintesis)

Perbedaan reaksi Reaksi Anabolik Menghasilkan polimer atau makromolekul Membutuhkan energi Energi diperoleh dari reaksi katabolik Reaksi Katabolik Menghasilka monomer Menghasilkan atau melepas energi Energi disimpan di dalam ATP

Energetik Energetik Energi = kemampuan untuk bekerja Diukur dalam kilojoules (kJ) Dalam reaksi kimia lain beberapa energi hilang sebagai panas •Free energy (G): enargi yang dilepas yang digunakan untuk bekerja •Perubahan dalam energi bebas selama reaksi ditulis dengan G0′ G0′: dibawah kondisi standard ;1 M, pH 7, 25oC, 1 atm

KATALISIS DAN ENZIM Katalisis adalah : Adalah : merupakan proses yang terjadi akibat adanya peran dari katalis. Katalis merupakan senyawa kimia yang dapat mempercepat reaksi tanpa perubahan bentuk/struktur dari katalis tersebut.

Enzim Dapat meningkatkan laju reaksi kimia 10 -10²° kali dengan laju spontan Katalisis enzim (lihat gambar) : E+S E-S E+P Katalisis tergantung pada : • Ikatan substrat • Posisi relatif substrat mengkatalis asam amino aktif

Siklus katalisis enzim

Enzim Banyak enzim yang berisi molekul non protein kecil yang berpartisipasi di dalam katalisis tetapi bukan substrat Koenzim membantu enzim membawa molekul dan melepaskannya ke dalam enzim yang lain. Biasanya vitamin Terikat dengan enzim dengan ikatan yang tidak kuat

Reaksi oksidasi reduksi Energi adalah conserved di dalam sel dari reaksi oksidasi reduksi (redox) Contoh : ATP Redox terlibat dalam transfer elektrom dari pendonor elektron (electron donor ) ke penelrima elektron (electron acceptor) Oksidasi Kehilangan electron (dan proton H+)  ELECTRON DONOR Reduksi Mendapat elektron (dan proton H+) ELECTRON ACCEPTOR

Contoh : Reaksi Oksidasi Reduksi Figure 5.9

Respirasi aerob –vs- Fermentasi Aerobik Glikolisis, Siklus Krebs (siklus asam sitrat) dan rantai transport elektron Terdiri dari banyak ATP NAD+ diregenerasi Anaerobik (fermentasi) Menghasilkan 2 ATP Glikolisis Asam laktat atau fermentasi etanol

Overview of Respiration vs Fermentation

Glikolisis: Oksidasi of Glukosa two Glyceraldehyde-3-PO4 Glucose 2ATP 2 NAD+ 2ADP 2NADH + 2H+ 4 ADP 4 ATP two Glyceraldehyde-3-PO4 two Pyruvate

Glikolisis Glikolisis Langkah pertama di dalam respirasi seluler dan fermentasi Pathway utama pada proses fermentasi dan merupakan metode metabolisme anaerob Proses anoxic Hasil glikolisis Melepaskan sedikit energi (ATP) Menghasilkan produk fermentasi

Glikolisis – Stage I: Persiapan reaksi Tidak ada reaksi oksidasi/ reduksi 2 molecules of ATP are invested Figure 5.15

Glycolysis – Stage II: Making ATP and Pyruvate Oxidation-reduction reactions occur; NADH produced 4 molecules of ATP are produced; 2 net ATP produced Remember that 2 molecules of G3P are produced so everything is multiplied by 2 Substrate level phosphorylation occurs Pyruvate is produced Figure 5.15

Glycolysis – Stage III: Making Fermentation Products Oxidation-reductions occur by fermentation Yeast  ethanol + CO2 Different for different organisms Net energy yield for complete fermentation: 2 ATP NAD+ is regenerated If oxygen is present, pyruvate will be converted into acetyl CoA and enter the Krebs cycle Figure 5.15

Produk akhir dari fermentasi tergantung dari organisme

Teerima kasih