NUTRISI, KULTUR, DAN METABOLISME MIKORORGANISME

Metabolisme

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

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

Macronutrients Carbon 50% of dry weight of cell Structural organic molecules, energy source Needed for proteins, sugars, lipids to make up cell structures Chemoheterotrophs: get C from sugars, organic acids, lipids, proteins, or other organic compounds Chemoautotrophs: get C from CO2 Nitrogen 12% of dry weight of cell In amino acids and proteins Needed for proteins, DNA, RNA Most bacteria get nitrogen from decomposing proteins Some use nitrates or ammonium A few bacteria use N2 in nitrogen fixing (nitrogen fixing organisms)

Other Macronutrients Sulfur In amino acids, thiamine and biotin Sulfur for proteins (enzymes) and vitamins Most bacteria decompose proteins Some bacteria use sulfate ion (SO4-2) or hydrogen sulfide (H2S) Phosphorus Phosphorus for ATP, DNA, RNA, and membranes Important for phospholipids, nucleic acids, and high energy phosphate bonds Phosphate ion (PO4-3) is source of phosphorus

Other Macronutrients Potassium Used in enzymes Magnesium Used to stabilize ribosomes, membranes, and nucleic acids Important for enzyme activity Calcium Not required by all Helps stabilize cell walls in microbes Heat stability of endospores Sodium (Na) Required by some microbes (e.g., marine microbes)

A Microbial Periodic Table of the Elements Figure 5.1

Mikronutrien : 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

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 : Vitamins, asam amino, purin dan pirimidin

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

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.

KATALISIS DAN ENZIM Enzim Adalah : Enzim adalah protein yang dihasilkan mahluk hidup, melakukan katalis reaksi kimia dengan aktifitas energi yang rendah Enzym umumnya protein globular dengan karakteristik bentuk tiga dimensi Enzim sangat efisien, dapat mengoprasikan suatu reaksi pada temperatur rendah, dan berbagai subjek untuk mengontrol bermacam reaksi seluler Enzim merupakan katalis hayat/biokatalisator

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

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

Feedback Inhibition Reversible Active site Allosteric site If the inhibitor is removed, then the pathway can continue Active site Where the substrate binds the enzyme Allosteric site Where inhibitor binds the enzyme Changes the shape of the active site When inhibitor (end product) binds to allosteric site*enzyme changes shape substrate doesn’t bind

Allostery Figure 5.30

Terima kasih