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

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

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

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°’ = -7300 cal/mol

Energi bebas Reaksi Redoks G = -nF. E n = 2 (sistem hayati) F = 23062 cal/V.mol (Konst. Faraday) eg. NADH2  O2 (E = 1,14 Volt) G = 52.000 cal/mol  4,3 ATP Fakta: NADH2 = 3 ATP Efisiensi = 75%

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

Generation of PMF

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

Molekul ATP

ATP

Penghasilan energi : Biooksidasi

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

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

FAD+ FADH2

FAD+ FADH2

(NAD+  NADH2)

Penulisan Singkat

NADP

NADP

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

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

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

1. Respirasi aerobik

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.

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.

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.

1.1.Glikolisis

Fruktosa-1,6-bi- Phosphate

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

1.2.Siklus Krebs

1.2. Siklus Krebs

1.2.Siklus Krebs

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

Cytochrome

Fosforilasi oksidatif

Generation of PMF: teori khemiosmotik

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

Glikolisis: Penghasilan ATP Penghasilan ATP: 1,3 bifosfogliserat  3 –fosfoliserat : 2 ATP PEP  Piruvat : 2 ATP -------------------------------------------------------------- Subtotal 4 ATP Pemakaian ATP: Glukosa  Glukosa -6-P : 1 ATP Fruktosa-6-P  Fruktosa-1,6-bi-P : 1 ATP Sub-total 2 ATP --------------------------------------------------------------- Netto penghasilan 2 ATP Penghasilan NADH2 Gliseraldehid-3-P  1,3-bi-P-Gliserat: 2 NADH 

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

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

Fosforilasi Oksidatif 1 NADH2  3 ATP 1 FADH2  2 ATP Glikolisis : 2 NADH2  2 x 3 = 6 ATP Piruvat  Asetil-CoA: 2 NADH2  2 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 34 ATP

Total Penghasilan ATP Total 38 ATP Bakteria & Archaea : 38 ATP Glikolisis : 2 NADH2  2 x 3 = 6 ATP (Fosforilasi oksidatif) 2 ATP = 2 ATP (Fosforilasi tkt substrat) ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sub-total = 8 ATP Piruvat  Asetil-CoA: 2 NADH2  2 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 38 ATP Bakteria & Archaea : 38 ATP Mikrobia eukaryotik: 36 ATP (2 ATP digunakan untuk transfer 2 NADH2 dari sitoplasma ke dalam mitokondria)

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

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

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

Respirasi anaerobik: Reduksi Sulfat Siklus Sulfur di alam

Reduksi Sulfat Bakteri Pereduksi Sulfat Reaksi Reduksi Sulfat

Respirasi anerobik: Pembentukan CH4 Molekul methana

Pembentukan metana: redusksi CO2

Methanogenesis

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

Lactic acid fermentation

Fermentasi etanol

Fermentasi

Katabolisme Lipid: Trigliserida

Betha-oxidation

Protein catabolism

Nucleotide catabolism

Katabolisme Purin

Overview of metabolism

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

Fotosintesis

Fotosintesis: Reaksi cahaya

Fotosintesis: reaksi cahaya

Light Reaction

Cyclic Photo-phosphorilation: animation

Anoxygenic photosynthesis