METABOLISME MIKROORGANISME

                 A.  Pengertian Metabolisme

                        Metabolisme ialah semua reaksi yang mencakup semua proses kimiawi yang terjadi di dalam sel yang menghasilkan energi dan menggunakan energi untuk sintesis komponen-komponen sel dan untuk kegiatan-kegiatan seluller. Seperti untuk pertumbuhan, pembelahan sel, pembaruan komponen sel, dan lain-lain. Kegiatan kimiawi yang dilakukan oleh sel amatlah rumit, bergamnya bahan yang digunakan sebagai unsur nutrisi oleh sel. Dalam melakukan setiap aktivitas sel dalam tubuh sangatlah berkaitan erat dengan kerja enzim sebagai substansi yang ada dalam sel yang jumlahnya amat kecil dan mampu menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan yang berkaitan dengan proses-proses seluller dan kehidupan. Semua aktivitas metabolisme prosesnya dikatalisis oleh enzim. Jadi kehidupan tidak akan terjadi tanpa adanya enzim dalam tubuh mahluk hidup.

           B.   Proses Metabolisme

Metabolisme meliputi dua proses yang berlangsung serempak, yaitu:

 1.   Anabolisme/ Asimilasi (Pembangunan) Merupakan sintesis protoplasma yang meliputi proses sintesa makromolekul seperti asam nukleat, lipida dan polisakarida, dan penggunaan energi yang dihasilkan dari proses katabolisme.

 2.   Katabolisme/ Desimilasi (Perombakan) Merupakan  reaksi yang menghasilkan energi dengan memecah molekul kompleks menjadi molekul sederhanan. Proses ini juga disebut exergonic (menghasilkan energi) (McKane and Judy Kandel,1950).

Sebelum proses diperlukan pengaktifan sub unit yang akan dipakai dan energi tinggi yaitu ATP. Energi untuk metabolisme diambil dari proses fermentasi, respirasi dan proses fotosintesis. Hasil reduksi oksidasi pada semua proses selalu di bentuk ATP, diamana energi yang dibebaskan tersimpan untuk proses selanjutnya. Senyawa dengan tingkat energi yang sering di pakai sebagai penyalur energi. Pada fermentasi dan respirasi energi diperoleh dari proses katabolisme karbohidrat. Kuman heterotrof termasuk kuman pathogen yang menggunakan zat organik sebagai sumber C untuk mendapatkan energi. Kuman autotrof membutuhkan C dalam bentuk anorganik. Kuman autotrof kemosintetik mendapatkan energi dengan oksidasi bahan organik seperi Fe dan NH3. Untuk mendapatkan unsur energi untuk proses sintesis dari cahaya yang diolah menjadi energi kimia.  

           C.    Enzim

      Enzim adalah katalisator organik (biokatalisator) yang dihasilkan oleh sel. Enzim berfungsi sebagai katalisator anorganik yaitu untuk mempercepat reaksi kimia. Setelah reaksi berlangsung enzim tidak mengalami perubahan jumlah sehingga jumlah enzim sebelum dan setelah reaksi adalah tetap. Enzim mempunyai spesifitas yang tinggi terhadap reaktan yang direaksikan dan jenis reaksi yang dikatalisis. Enzim melakukan berbagai aktifitas fisiologik seperti penyusunan bahan organik, pencernaan, dan pembongkaran zat yang memerlukan aktivator berupa biokatalisator.

       1.      Sifat Umum Enzim

a.  Disusun oleh senyawa protein

b.  Bekerja secara spesifik yaitu hanya mengkatalisis satu macam reaksi saja

c.  Aktivitas enzim dipengaruhi suhu, PH, substrat dan inhibitor. Setiap enzim memiliki suhu dan PH optimum.

d. Enzim memiliki sifat alosentrik, yaitu mampu berkaitan dengan inhibitor ataupun aktivator.

2.   Mekanisme Kerja Enzim

Enzim meningkatkan kecepatan reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi. Energi aktivasi adalah energi yang diperlukan untuk mengaktifkan suatu reaktan sehingga dapat bereaksi untuk membentuk senyawa lain. Energi potensial hasil reaksi menjadi lebih rendah, tetapi enzim tidak mempengaruhi letak keseimbangan reaksi. Saat berlangsungnya reaksi enzimatik terjadinya ikatan, sementara enzim dengan sunbstratnya reaktan. Ikatan sementara bersifat labil dan hanya untuk waktu yang singkat saja. Selanjutnya ikatan enzim substrat akan pecah menjadi enzim dan hasil akhir. Enzim yang terlepas kembali setelah reaksi dapat berfungsi lahi sebagai biokatalisator untk reaksi yang sama.

3.   Struktur Enzim

Pada umumnya enzim tesusun dari protein. Protein penyusun enzim dapat berupa protein  sederhana atau protein yang terikat pada gugusan non protein. Banyak enzim yang hanya terdiri dari protein saja seperti tripsin. Dialisis enzim dapat memisahkan bagian-bagian protein, yaitu bagian protein yang disebut apoenzim dan bagian nonprotein yang berupa koenzim, gugus protetis dan kofaktor ion loga. Masing-masing bagian tersebuta apabila terpisah akan menjadi tidak aktif. Apoenzim apabila bergabung dengan bagian non protein disebut holoenzim yang bersifat aktif sebagai biokatalisator. Koenzim dan gugus prostetik berfungsi sama. Koenzim adalah bagian yang terikat secara lemah pada apoenzim (protein). Gugus prostetik adalah bagian yang terikat kuat pada apoenzim. Koenzim berfungsi dalam menentukan reaksi kimia yang dikatalisis enzim. Ion logam merupakan komponen yang sangatlah penting yang diperlukan untuk memantapkan struktur protein dengan adanya interaksi antar muatan.

4.   Klasifikasi/ Penggolongan Enzim

a.   Penggolongan Enzim Berdasarkan Tempat Bekerjanya

1.   Endoenzim

Endoenzim disebut juga enzim intraseluller yaitu enzim yang berkerja di dalam sel. Umumnya merupakan enzim yang digunakan untuk proses sintesis            di dalam sel dan untuk pembentukan energi (ATP) yang berguna untuk proses kehidupan sel misalnya, dalam proses respirasi

        2.   Eksoenzim

Eksoenzim disebut juga enzim ekstraseluller yaitu enzim yang berkerjanya      di luar sel. Umumnya berfungsi untuk mencernakan substrat secara hidrolisis untuk dijadikan molekul yang lebih sederhana dengan berat molekul lebih rendah sehingga dapat masuk melewati membrane sel. Energi yang dibebaskan pada reaksi pemecahan substrat di luar sel tidak digunakan dalam proses kehidupan sel.

b.   Penggolongan Enzim Berdasarkan Daya Katalisis

1.   Oksidoreduktase

     Enzim ini mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi yang merupakan pemindahan elektron, hydrogen atau oksigen. Contoh; enzim electron transfer oksidase dan hidrogen perioksidase (katalase)

2.   Transferase

 Enzim ini mengkatalisis pemindahan gugus molekul dari satu molekul ke molekul lain. Contoh; Transaminase, Transfosforilase, dan Transasilase

3.   Hidrolase

Enzim ini mengkatalisis reaksi-reaksi hidrolisis. Contoh; Karboksilesterase, Lipase dan Peptidase

4.   Liase

Enzim ini berfungsi untuk mengkatalisis pengambilan atau penambahan gugus dari satu molekul tanpa melalui proses hidrolisis. Contoh; L Malat hidrolase (Fumarat), Dekarboksiiase.

        5.   Isomerase

Isomerase meliputi enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi isomerisasi yaitu; Rasemase, epirerase, Co-transisomerase, Intramolekul ketolisorerase, dan Murase.

6.   Ligase

Enzim ini mengkatalisis penggabungan dua molekul dengan dibebaskannya molekul priposfat dari nukleosida trifosfat. Contoh; Enzim Asetat

7.   Enzim Lain dengan Tata Nama Berbeda

Ada beberapa enzim yang penamaanya tidak menurut cara diatas misalnya enzim pepsin, triosin, dan sebagainya serta enzim yang termasuk permease. Permease adalah enzim yang berperan dalam menentukan sifat selektif permeabel dari membran sel.

c.    Penggolongan Enzim Berdasarkan Cara Terbentuknya

1.   Enzim Konstitutif

Kadar enzim dalam sel berjumlah normal atau tetap pada sel hidup

2.   Enzim Adaptif

Enzim yang pembentukkannya dirangsang oleh adanya subtract. Contoh; Enzim Beta galaktosidase yang dihasilkan oleh bakteri E. coli

d.   Penggolongan Enzim Berdasarkan Substratnya

1.   Kerbohidrase, merupakan enzim yang menguraikan karbohidrat yang mencakup; Amilase, maltase, Laktase, Selulase dan Pektinase.

2.   Esterase, merupakan enzim yang memecah golongan ester antara lain; Lipase dan Posfatase.

3.   Protease, merupakan enzim yang menguraikan golongan protein, contohnya; Peptidase, Gelatinase, dan Renin.

5.   Faktor-faktor yang Mempengaruhi Reaksi Enzimatik

1.   Substrat (Reaktan)

Kecepatan reaksi enzimatik umumnya diketahui kadarsubstrat, penambahan kadar substrat sampai jumlah tertentu dengan jumlah enzim yang tetap, akan mempercepat reaksi enzimatik sampai mencapai maksimum. Penambahan substrat selanjutnya tidak akan menambah kecepatan reaksi, kecepatan reaksi enzimatik juga dipengaruhi kadar enzim, jumlah enzim yang terikat substrat dan konstanta.

2.   Suhu

Seperti reaksi kimia pada umumnya, maka reaksi enzimatik dipengaruhi oleh suhu. Kenaikan suhu sampai optimum akan diikuti pula oleh kenaikan kecepatan reaksi enzimatik. Kepekaan enzim terhadap suhu pada keadaan suhu melebihi optimum disebabkan terjadinya perubahan fisikokimia protein penyusun enzim. Umumnya enzim mengalami enaturasi pada suhu diatas 50⁰ C. Walaupun demikian ada beberapa enzim  yang tahan terhadap suhu tinggi, misalnnya Taka-diastase dan Tripsin.

3.   Keasaman (PH)

PH dapat mempengaruhi aktivitas enzim. Daya katalisis enzim menjadi rendah pada PH rendah maupun tinggi, karena terjadinya denaturasi enzim. Enzim mempunyai gugus aktif yang bermuatan positif dan negatif. Aktivitas enzim akan optimum kalau terdapat keseimbangan antara muatannya. Pada keadaan masam muatannya cenderung positif, dan pada keadaan basis muatannya cenderung negatif sehingga aktivitas enzimnya menjadi berkurang atau bahkan menjadi tidak aktif. PH optimum u ntuk masing-masing enzim tidak sealu sama. Sebagai contoh amilase jamur mempunyai PH optimum 5,0 dan Arginase mempunyai PH optimum 10.

4.   Penghambat Enzim (Inhibitor)

Inhibitor enzim adalah zat atau senyawa yang dapat menghambat enzim dengan beberapa cara yaitu:

a.    Penghambat Bersaing (Kompetitif)

Penghambatan disebabkan oleh senyawa tertentu yanng mempunyai struktur mirip dengan substrat saat reaksi enzimatik akan terjadi.

b.   Penghambat Tidak Bersaing (Non-Kompetitif)

Zat-zat kimia tertentu mempunyai afinitas yang tinggi terhadap ion, logam penyusun enzim.

c.    Penghambat Umpan Balik (Feed Back Inhibitor)

Penghambatan umpan balik disebabkan oleh hasil akhir suatu brangkaian reaksi enzimatik yang menghambat aktivat enzim pada reaksi pertama.

d.   Penghambat Represor

Adalah hasil akhir suatu rangkaian reaksii enzimatik yang dapat mempengaruhi atau mengatur pembentukan enzim-enzim pada reaksi sebelumnya.

e.    Penghambat Alosterik

Penghambat yang dapat mempengaruhi enzim Alosteri. Enzim Alosterik adalah enzim yang mempunyai dua bagian aktif, yaitu bagian aktif yang mengangkat substrat dan bagian yang menangkap penghambat.

5.   Aktivator (Pengingat) atau Kofaktor

Adalah suatu zat yang dapat mengaktivkan enzim yang semula belum aktif. Enzim yang belum aktif disebut pre-enzim atau zymogen. Kovaktor dapat berbentuk ion-ion dari unsur H, Fe, Cu, Mg, Mo, Zn, Co atau berupa co-enzim, vitzmin dzn enzim lain.

6.   Penginduksi (Induktor)

Induktor adalah suatu substrat yang dapat merangsang pembentukan enzim. Sebagai contoh adalah Lactosa dappat menginduksi pembentukan enzim Beta galaktosidase.

6.   Sumber Mikroorganisme Memperoleh Energi

        Melalui Proses oksidasi-reduksi. Oksidasi adalah proses pelepasan elektron. Sedangkan reduksi adalah proses penangkapan elektron. Karena elektron tidak dapat berada dalam bentuk bebas, maka setiap reaksi oksidasi selalu diiringi oleh reaksi reduksi. Hasil dari reaksi ksidasi dapat terbentuknya energi.

7.   Dua Macam Energi yang di Gunakan Mahluk Hidup

a.    Sinar Matahari

Disebut dengan organisme fotosintesis atau orgtanisme fototrofik.

b.   Oksidasi Senyawa Kimia

Disebut dengan organisme kemosintesis kemotrofik atau autotrofik.

8.   Fotosintesis Bakteri

a.   Fotosintesis Tipe Cyanobacteria

Proses fotosintesis umumnya sama dengan proses fotosintesis pada tanaman tingkat tinggi dengan keseluruhan proses fotosintesis yang terjadi.

b.    Fotosintesis Tipe Noncyanobacteria

Pada proses fotosintesis mikroorganisme tidak membutuhkan air sebagai reduktan sehingga oksigen tidak pernah dihasilkan dari proses fotosintesis. Fotosintesis yang demikian berlangsung secara anaerob sehingga dikenal dengan fotosintesis anaerob. Mikroorganisme memerlukan suplai senyawa organik sebagai donor hidrogennya.

9.   Mikroorganisme Berdasarkan Tipe Pada Reduktan dan Pigmen Fotosintesisnya

a.    Chlorobiceae

Disebut sebagai Green-sulfur bacteria. Bakteri ini juga digunakan hidrogen dan beberapa senyawa yang mengandung sulfat sebagai reduktannya.

b.    Chromaticeae

Memiliki ciri pigmen merah jingga disebut dengan purle-surful-bacteria.

c.     Rhodospirillaceae

Bakteri ini menggunakan hidrogen dan berbagai senyawa organik sebagai reduktan. Proses fotosintesis hanya dapat berlangsung dalam keadaan anaerob.

10.   Metabolisme Bakteri

a.       Metabolisme Bakteri Kemoautotrof

Organisme tidak berklorofil mendapatkan energinya dari hasil oksidasi kimia sehingga disebut kemoautotrof atau kemoliotrof. Melalui proses oksidasi jenis ini mengubah senyawa anorganik menjadi senyawa organik. Seperti protein, lemak, asam nukleat dan vitamin. Proses fotosintesis menggunakan karbondioksida untuk sintesis semua komponen selnya yang memerlukan energi dan NADPH. Bagi bakteri fotosintesis energi ini diperoleh dari cahaya. Pada bakteri ini energi diperoleh dari hasil oksidasi kimia.

Berdasarkan bahan anorganik yang dioksidasi bakteri ini di bedakan atas beberapa marga yaitu;

1.  Pengoksidasi Belerang, contohnya Thiobacillus

2.  Pengoksidasi Amoniak, contohnya Nitrosomonas

3.  Pengoksidasi Nitrit, contohnya Nitobacter

4.  Pengoksidasi Hidrogen, terdapat pada berbagai marga.

5.  Pengoksidasi senyawa besi, contohnya Siderocapsa

b.      Metabolisme Bakteri Heterotrifik

Mikroorganisme heterotrof tidak mampu mensintesis nutrisinya sendiri, melainkan menggantungkan diri pada bahan organik yang dihasilkan oleh mahluk hidup lainnya. Energi diperoleh dari hasil penguraian bahan organik seperti glukosa, atau bahan organik lainnya.

1.   Respirasi Mikroorganisme

Respirasi adalah proses pembongkaran zat untuk mendapatkan energi yang diperlukan oleh suatu organisme. Respirasi dibedakan menjadi respirasi aerob dan respirasi anaerob.

a.  Respirasi Aerob

Bakteri dapat menggunakan glukosa atau zat organik lain sebagai substrat untuk dioksidasi menjadi karbon dioksida dan air, serta diperlukannya energi. Contohnya Acetobacter.

b. Respirasi Anaerob

Pada respirasi anaerob oksigen bebas tidak digunakan bahnkan bila terkena oksigen bebas bakteri akan mati. Salah satu sebab tidak digunakannya oksigen bebas adalah bakteri tidak memiliki enzim, untuk mereduksi oksigen tersebut. Contohnya Streptococcus lactis.

2.   Fermentasi

Fermentasi merupakan proses penguraian anaerobik dari senyawa organik. Pada proses ini baik donor maupun akseptor lektron merupakan senyawa organik. Pada glikolisis, glukosa dioksidasi menjadi dua molekul asam piruvat.

Bergantunng pada tipe mikroorganisme, asam pirivat akan mengalami metabolisme tambahan untuk menghasilkan produk fermentasi akhir, yaitu;

a.   Fermentasi Asam Homolaktat (Streptococcus dan lactobacilus)

b.  Fermentasi Beralkohol (Khamir)

c.   Fermentasi Asam Campuran (E. coli)

d.  Fermentasi Glikol-butilen (Enterobacter, Bacillus, Pseudomonas)

e.   Fermentasi Asam Butirat, Butanol, Aseton (Clostridium).

DAFTAR PUSTAKA

Akarim, nazip. 2005. Bahan Kuliah Mikrobiologi Dasar. Palembang : Universitas Sriwijaya

Palczar, michael j. 2008. Dasar-Dasar Mikrobiolgi. Jakarta : Universitas Indonesia

Dwidjoseputro. 1978. Dasar-Dasar Mikrobiologi. Malang : Djambatan

McKane, Larry and Judy Kandel.1950.micro-biology essentials and aplications. New York : McGraw-Hill Book Company