Metabolisme mikroba

Metabolisma didefinisikan sebagai semua reaksi kimia yang terjadi dalam sel. Metabolisma terdiri dari dua proses yang berlawanan yang terja secara : Sintesis protoplasma dan penggunaan energi yang disebut sebagai Anabolisma. Oksidasi subsstrat diiringi dengan terbentuknya energi disebur dengan Katabolisma.

Metabolisme digolongkan : Metabolisme karbohidrat Metabolisme protein Metabolisme lemak

Metabolisme karbohidrat

Monosakarida Disakarida Trisakarida Transport nutrient Di/Trisakarida Hidrolisa Monosakarida Degradasi tingkat seluler Oligosakarida Polisakarida Enzim Ekstraseluler Mono/Disakarida Transport nutrien

Polisakarida dan Disakarida Pati  Mold Glikogen  Bacillus sp Selulosa  Clostridium Pektin  Bakteri lainnya Lainnya (beberapa) Disakarida Laktosa Galaktosa + Glukosa Sukrosa Glukosa + Fruktrosa Maltosa Glukosa

Degradasi Monosakarida Glukosa : dapat digunakan oleh semua mikrobia Fruktosa setiap mikrobia Galaktosa berbeda kemampuan Pentosa mendegradasinya tetrosa

Fermentasi Definisi : proses pemecahan karbohidrat dan asam amino secara anaerobik Senyawa yang dapat dipecah adalah: karbohidrat, asam amino hanya dapat difermentasi oleh mikroba tertentu Fermentasi glukosa selalu terbentuk asam piruvat

Pemecahan glukosa menjadi asam piruvat : Jalur Embden-Meyerhoof-Parnas (EMP) Jalur Etner Doudoroff (ED) Jalur Heksosamonofosfat (HMF) Jalur Fosfoketolase (FK)

Pathway Embden Meyerhoff Parnas Heksosa monofosfat Entaer doudroff Asam piruvat Fosfoketolase : metabolisme  Pentosa fosfoketolase lanjut  Heksosa fosfoketolase 1. fermentasi 2. Respirasi Pemilihan jalur tergantung :  aerobik Macam monosakarida  anaerobik Macam mikrobia Redoks potensial

Fermentasi (Fosforilasi tingkat subtrat) Asam laktat Heksosa 2 laktat + 2 ATP Heksosa 1 laktat + 1 asetat + 1 CO2 + 1 ATP Pentosa 1 laktat + 1 Asetat + 2 ATP Etanol : Heksosa 2 etanol + 2 CO2 + 1 ATP FDPA : fruktosa 1,6 difosfat aldolase FK : fosfoketolase KDPGA : 2-keto-3-deoksi-6-fosfoglukonat aldolase FDPA FK FK KDPGA

Asam laktat Asetaldehid + CO2 Jalur EMP Glukosa Fruktosa-1,6-di-P 2 Piruvat Asam laktat Asetaldehid + CO2 Mikrobia : Yeast Bacillus sp Enterococus faecalis Bakteri asam laktat homofermentatif

BAL Homofermentatif Lactococcus, streptococus, Pediococcus, lactobacillus grup I dan II Enzim utama yang berperan :  Fruktosa difosfat aldolase Fruktosa-1,6 P Gliserida – 3 P  Laktat dehidrogenase Asam piruvat Asam laktat Tidak mempunyai enzim fosfoketolase L, D, dan DL – laktat terbentuk tergantung tipe enzim laktat dehidrogenase yang dimiliki Asam laktat dikeluarkan ke medium

Jalur Pentosa Phosphoketolase Ribosa-5P jalurnya bervariasi Xilulosa-5P Asetil-P + Piruvat Asetat/etanol asam laktat Mikrobia: Escherichia coli Bacillus sp Enterobacter serogenes Bakteri asam laktat

Jalur Pentosa Fosfat BAL heterofermentatif Yang termasuk kelompok ini : Leuconostoc Lactobacillus Grup II Mempunyai enzim fosfoketolase: Pada Lactobacillus Grup II Kelompok : Pediococcus pentosaceus Dapat P. acidilactici mendegradasi Lactobacillus lactis pentosa tetapi jalurnya belum diketahui

Jalur Heksosa Fosfoketolase Mikrobia : Bifidobacterium sp Jalur : 2 Glukosa 1 fruktosa 1 fruktosa 6P 1 Asetil 1 Eritrosa 4P 2 Xilulosa-3P 2 Asetil-P 2 Gliseraldehid-3P 3 Asam asetat 2 Asam Laktat

Jalur Heksosa Fosfoketolase Mikrobia : Bifidobacterium sp Jalur : 2 Glukosa 1 fruktosa 1 fruktosa 6P 1 Asetil 1 Eritrosa 4P 2 Xilulosa-3P 2 Asetil-P 2 Gliseraldehid-3P 3 Asam asetat 2 Asam Laktat

Piruvat Gliseraldehid 3P Jalur Etner Doudroff Mikrobia Pseudomonas sp Enzim yang berperan : 2-oxo-3deoxi-6-fosfoglukonat asam piruvat + gliserida Jalur : Glukosa-6P Fosfoglukonat Piruvat Gliseraldehid 3P CO2 + Asetaldehid etanol

Mixed Acid Fermentation Mikrobia : Enterobacteriaceae Jalur : Monosakarida Asam laktat Asam piruvat Suksinat Format Asetil Co-A Etanol H2 + CO2 Asam asetat

Propionic acid fermentation 1. Mikrobia Propionibacterium : pada keju Swiss Jalur : Glukosa EMP Asam Piruvat Asam asetat + CO2 Metilmaloni Co-A Oksala asetat + Prodinil Co-A Propinil Co-A Propionat

2. Mikrobia Clostridium sp Jalur : Asam laktat Akrilil Co-A Propinil Co-A Propionat

Diasetil, Asetoin, Butanadiol Mikroba : Enterobacteriaceae Beberapa Bakteri Asam Laktat Lactobacillus lactis Subsp lactisbiavar diacetilactis dan Leuconostoc sp Jalur : Monosakarida Asam piruvat Asam asetat + asetal dehid + 2 CO2 Tiamin Pirofosfat Asetil Co-A Diasetil Reduksi Asetoin 2-3 Butanediol

Diasetil, Asetoin, Butanadiol Mikroba : Enterobacteriaceae Beberapa Bakteri Asam Laktat Lactobacillus lactis Subsp lactisbiavar diacetilactis dan Leuconostoc sp Jalur : Monosakarida Asam piruvat Asam asetat + asetal dehid + 2 CO2 Tiamin Pirofosfat Asetil Co-A Diasetil Reduksi Asetoin 2-3 Butanediol

Fermentasi Butirat, Butanol, aseton Mikrobia : Jalur : Monosakarida Clostridium sp Jalur : Monosakarida Asam piruvat Asam asetat Asetoil Co-A + CO2 + H2 Asam Butirat Etanol Butanol Aseton Isopropanol

Fermentasi Butirat, Butanol, aseton Mikrobia : Jalur : Monosakarida Clostridium sp Jalur : Monosakarida Asam piruvat Asam asetat Asetoil Co-A + CO2 + H2 Asam Butirat Etanol Butanol Aseton Isopropanol

Produk akhir metabolisme karbohidrat beberapa mikrobia Pola fermentasi Produk utama Yeast BAL Bifidobacteria Propionibacteria Enterobacteriaceae Alkohol Heterofermentatif Homofermentatif Bifidus Asam propionate Mixed acid Butanediol Etanol, CO2 Asam laktat Asam laktat, asam asetat, etanol, CO2, diasetil, aseton Asam laktat, Asam asetet Propionat, Asam asetat, CO2 Asam laktat, As. Asetat, format, CO2, H2, suksinat Diasetil, asetoin, butanediol

Lanjutan…… Mikrobia Pola fermentasi Produk utama Bacillus Clostridium Bifidobacteria Pseudomonas Butanediol EMP Asam butirat, butanol, aseton Asam propionate Etner Doudroff HMP Asam laktat, as, asetat, format, 2,3 butanediol, H2, CO2 Asam laktat, as. Asetat, H2 Asam butirat, asam asetat, H2, butanol, etanol, CO2, aseton, isopropanol propionat Asam laktat, Asam asetet Etanol, CO2 Asam laktat, As. Asetat, etanol

Metabolisme karbohidrat : Fermentasi karbohidrat diinginkan Bioproses pengolahan makanan Produksi metabolit (as. Laktat, diasetil dll) Kerusakan makanan tidak dikehendaki Kerusakan tekstur buah-buahan (degradasi pektin dsb) Untuk identifikasi dan pembedaan mikroba : Enterobacter sp .vs. E. coli produksi 2,3 butanediol Kemampuan fermentasi karbohidrat identifikasi

Metabolisme karbohidrat : Fermentasi karbohidrat diinginkan Bioproses pengolahan makanan Produksi metabolit (as. Laktat, diasetil dll) Kerusakan makanan tidak dikehendaki Kerusakan tekstur buah-buahan (degradasi pektin dsb) Untuk identifikasi dan pembedaan mikroba : Enterobacter sp .vs. E. coli produksi 2,3 butanediol Kemampuan fermentasi karbohidrat identifikasi

Metabolisme protein

Metabolisme protein Protein dalam makanan : Protein sederhana : albumin, globulin, zein, keratin, kolagen Protein tidak sederhana : mioglobin, hemoglobin, kaserin Pepetida yang mengandung 2 atau lebih asam amino Komponen Nitrogen non-protein : asam amino, urea, kreatinin, trimetil amin, dll

Dalam sel Protein asam amino Peptida besar peptida sederhana Asam amino 6-8 asam amino Proteinase Metabolisme Peptidase lanjut Mikrobia : Alakligenes Klebsiella Bacillus Lactococcus Clostridium Micrococcus Enterococcus Pseudomonas Enterobacter Serratia Flavobacterium

Mikrobia : bakteri aerob atau fakultatif anaerob RESPIRASI AEROBIK Mikrobia : bakteri aerob atau fakultatif anaerob Asam amino : sumber C, N dan energi Oksidasi : - Deaminasi asam keto - Transminasi Masuk jalur-jalur berbeda Oksidasi : (jalur lain untuk bakteri berbeda) misal : L-treonin asetaldehid dan glisin L-triptopan asam antranilat L-lisin as. Glutrat L-valin keto iso valerat L-leusin keto iso kaproat L-argini citrulin L-hiastidin asam urocanic

Mikrobia : bakteri anaerob dan fakultaif anaerob FERMENTASI Mikrobia : bakteri anaerob dan fakultaif anaerob Asam amino : single Deaminasi C-skeleton + NH3 Asam lemak Asam tidak jenuh Dekarboksilasi amina + CO2 Hidrolisa C-skeleton +CO2+NH3+H2 Metabolit C-skeleton + energi + produk Asam amino:pasangan 2 Oksidasi-reduksi asam lemak +NH4 +CO2

Degradsi asam amino Produk : - Asam keto -NH3 - asam lemak - H2S - H2 - amina dll - CO2 Faktor yang berpengaruh pada macam produk : Jenis mikroba Jenis asam amino Potensial reduksi Produk dari beberapa asam amino : berpengaruh pada makanan kerusakan mutu Kesehatan Misal : Triptophan indol, skatol Lisin putrecine, cadaverin Arginin Histidin histamin Tirosin tiramin Sistein H2S, mercaptan, sulfida Metionin komponen yang mengandung sulfur

Pembentukan flavor misal pada Pembentukan tekstur pembuatan keju, dll Sarter mikroba : Hasil degradsi proteinase dan peptidase untuk : Pembentukan flavor misal pada Pembentukan tekstur pembuatan keju, dll Teronin asetaldehid flavor yoghurt yang disukai (mikroba: lactobacillus acidophillus) Uji pembentukan mikrobia dan identifikasi : Produksi indol dari triptophan : E. coli mampu, coliform lainnya tidak Pola metabolisme asam amino : Identifikasi spesies bakteri

SINTESA PROTEIN Foodborne patogen : Produksi toksin : Staphilococcus aureus thermostable Clostridium botulinum toxin bakteri yang termasuk foodborne intox Produk-produk hasil sintesa yang diharapkan : Asam amino esensial L-lisin Antibakteri nisin, podiosin Enzim amilase proteinase

Metabolisme Lipid

Lipida utama dalam makanan : -Mono,di,tri-gliserida Metabolisme lipida : Lipida utama dalam makanan : -Mono,di,tri-gliserida -Asam lemak bebas : jenuh dan tidak jenuh -Sterol -Exo Mikroba: Sedikit melakukan metabolisme lipida - Lipida sukar dipecah jika dalam jumlah besar : hidrofobik - Bentuk emulsi dapat dipecah oleh mikroba yaitu pada interfase air-minyak Degradasi lipida menyebabkan kerusakan makanan Asam lemak bisa terakumulasi dalam makanan jika diprodiksi secara cepat Asam lemak tidak jenuh hidroperoksida aldehid + keton Oksidase (utamanya dihasilkan oleh jamur)

Hidrolisa Gliserida gliserol + asam lemak Lipase -oksidasi Mikrobia : - Alcaligenes - Staphylococcus Aseti Co-A - Enterobacter - Serratia - Flavobacterium - Aspergillus metabolisme -Micrococcus - Geotrichum lanjut - Pseudomonas - Penicillium dalam sel

Degredasi lipida dalam makanan 1. Rancidity : hidrolisa gliserida yang mempunyai asam lemak rantai pendek (asam butirat) 2. Pembentukan flavor : oksidasi asam lemak yang mempunyai rantai rangkap (jamur) Terbentuknya falvor yang diinginkan/tidak diinginkan

Degredasi lipida dalam makanan 1. Rancidity : hidrolisa gliserida yang mempunyai asam lemak rantai pendek (asam butirat) 2. Pembentukan flavor : oksidasi asam lemak yang mempunyai rantai rangkap (jamur) Terbentuknya falvor yang diinginkan/tidak diinginkan

Sintesa lipida 1.Mikrobia penghasil minyak termasuk kelompok oleagenous mikroba : - Bakteri yang hidup dilaut dalam - Yeast (misal candida) - Jamur (Mucorales) 2.Produksinya : minyak kaya asam lemak tidak jenuh (PUFA) misal : GLA,EPA,AA, DHA

Sintesa lipida 1.Mikrobia penghasil minyak termasuk kelompok oleagenous mikroba : - Bakteri yang hidup dilaut dalam - Yeast (misal candida) - Jamur (Mucorales) 2.Produksinya : minyak kaya asam lemak tidak jenuh (PUFA) misal : GLA,EPA,AA, DHA