METABOLISME MIKROORGANISME
ENZIM: KATALISATOR BIOLOGIK
Hampir swemua proses metabolisme memerlukan enzim, bila tidak ada enzim tidak akan ada kehidupan sel. Enzim adalah protein yang mempunyai kisaran berat molekul 600- 12.000 . Fungsinya mempercepat reaksi kimia yang terjadi dalam sel. Molekul yang mampu mempercepat reaksi kimia disebut katalisator. Dalam kerjanya enzim tidak berdiri sendiri, tetapi dibantu oleh molekul yang disebut kofaktor. Kebanyakan kofaktor berupa molekul organik seperti vitamin dan sring disebut sebagai koenzim. Kofaktor yang berupa molekul anorganik dapat berupa ion-ion metal seperti calsium, zink, dan magnesium. Pada setiap reaksi kimia dalam sel terdapat molekul yang disebut substrat(S), yang akan berinteraksi dengan enzim(E) dan akan mengubahnya menjadi produk(P) reaksi enzimatis dapat ditulis dengan rumus sbb:
S + E = SE(kompleks S-E )——-P + E
Reaksi kimia terlibat dalam sintesis (pembuatan) dan pemecahan suatu ikatan kimia, dan ini memerlukan energi yang disebut energi aktivasi. Vitamin yang berfungsi dalam metabolisme mikroorganisme adalah: Thiamine, Riboflavin, Niacin, Asam pantotenat, Pyridoxal, Biotin, Asam Folat, Vitamin B12. Adapun faktor-faktor yang berpengaruh terhadap aktivitas enzim yakni: ion Hydrogen, temperatur, konsentrasi substrat, inhibitor(penghambat).
PROSES METABOLISME YANG MENGHASILAKAN ENERGI
FERMENTASI
Fermentasi adalah proses oksidasi,disini donor memberikan elektron organik kepada penerima . Oksigen sendiri tidak terlibat fermentasi karena merupakan proses anaerobik. Proses fermentasi terjadi pada kebanyakan sel hidup dan disebut proses glikolisis atau jalur Emden-Meyerhoff-Parnas (EMP)
RESPIRASI
Respirasi adalah sistem pembentukan energi sel dimana elektron dibebaskan dengan cara oksidasi dipindahkan ke rangkaian transport elektron. Rangkaian transport elektron bertempat di membran sitoplasma bakteri dan membran mitokondria pada eukariot. Penerima terakhir elektron adalah oksigen(pada respirasi aerob) atau molekul anorganik selain oksigen(pada respirasi anaerob)
BIOSINTESIS: PROSES YANG MEMERLUKAN ENERGI
Kebanyakan komponen seluler dan enzim akan mengalami degradasi selama siklus kehidupan dan biosintesis diperlukan untuk memperbaiki atau menyusun kembali menjadi keadaan normal. Dalam rangka biosintesis terdapat 3 syarat : harus ada sumber kerangka karbon, kedua harus ada kekuatan reduksi untuk pembentukan hidrogen, ketiga harus ada sumber energi.
PERTUMBUHAN MIKROORGANISME
Pertumbuhan adalah proses koordinasi kemik dan fisik dalam sel yang secara ideal akan menghasilkan pembelahan sel. Proses kimia dan fisika dalam sel juga dipengaruhi oleh kekuatan kemik dan fisik eksternal.
Pertumbuhan sel bakterial
Sel bakteri membelah dengan proses aseksual yang disebut pembelahan binair. Ketika membelah setiap progeni membentuk salinan dari DNA dan komponen selular lainnya. Setelah terbentuk dua sel, populasi akan manjadi kelipatan 2 ykni 4,8,16,32,64, dst. Waktu yang diperlukan oleh satu sel ataun populasi menjadi dua kali lipat disebut waktu pertumbuhan.
Kurve pertumbuhan
Populasi bakteri yang ditumbuhkan di laboratorium dengan jumlah tertentu ditumbuhkan dalam mediium sampai pertumbuhan berhenti. Setelah dievaluasi menghasilkan suatu . kurve pertumbuhan, dengan tahapan fase lag, fase log, fase stationer, , kematian, dan fase penurunan pertumbuhan.
Fase lag
Bila mikroorganisme dipaparkan pada medium pertumbuhan, maka akan terdapat periode penyesuaian terhadap lingkungan fisik dan kemik setempat. Pada saat ini pembelahan sel terlambat. Hal ini tampak pada kurve pertumbuhan populasi yang mendatar.
Fase log
Populasi sel tumbuh secara logaritmik Selama fase ini pembelahan terjadi secara konstant misalnya setiap 30 menit. Kurve tampak meningkat dalam gambaran vertikal
Fase stationer
Bila mikroorganisme ditumbuhkan pada medium pertumbuhan yang tidak mengalami pergantian nutrien, maka populasi mikroorganisme makin lama makin menurun. Bebrapa anggota populasi banyak yang mati. Terjadi keseimbangan antara jumlah yang tumbuh dan jumlah yang mati. Tampak kurve mendatar.
Fase penurunan dan kematian
Makin lama makin banyak anggota populasi yang mati . Faktor yang berpengaruh adalah dilepaskannya enzim litik oleh beberapa bakteria ketika lisis.
BAHAN KIMIA YANG DIPERLUKAN UNTUK PERTUMBUHAN
AIR
Air diperlukan untuk melarutkan nutrien yang diperlukan sehingga nutrien dapat ditransportasi masuk melalui membran sitoplasma . Disamping itu kebanyakan reaksi biokimia memerlukan air untuk memecah gugusan kimia tertentu(hidrolisis)
KARBON
Kebanyakan mikroorganisme termasuk yang berperan dalam aspek medik memerlukan sumber karbon dalam bentuk organik. Hanya ada beberapa jenis bakteria yang menggunakan karbon anorganik seperti karbondioksida sebagai sumber karbon. Organisme yang menggunakan molekul organik sebagai sumber karbon disebut heterotrof. Penggunaan sumber karbon organik tergantung pada potensial genetik dari bakteri, yakni bagaimana bakteri memproduksi enzim yang mampu mengubah sumber karbon tersebut. Sumber karbon untuk sel bakteri biasanya adalah gula seperti glukose karena mudah diuraikan secara glikolosis disamping zat tersebut merupakan sumber energi. Sumber karbon lain untuk kebanyakan mikroorganisme sering berupa makromolekul seperti selulose. Mikroorganisme biasanya memiliki enzim selulase yang mampu mengubah selulose menjadi glukose. Makromolekul tidak dapat ditransport melalui membran sitoplasma , tetapi unit yang kecil seperti glukose dapat ditransport.
NITROGEN
Nitrogen adalah molekul penting penyusun protein yang ditemukan pula pada purin dan pirimidin. Kebutuhan nitrogen disuplai dari molekul anorganik sperti amonia (NH3) atau nitrat (NO3) tetapi nitrit (NO2) dan gas nitrogen (N2) dapat dipakai oleh beberpa jenis mikroorganisme. Bentuk anorganik dari nitrogen mula-mula akan diubah menjadi amonia kemudian diubah menjadi asam amino.
SULFUR DAN FOSFAT
Sulfur adalah elemen yang dapat ditemukan pada kebanyakan asam amino,diserap oleh sel mikroorganisme dalam bentuk sulfat anorganik. Sulfat diubah menjadi amino sulfide (H2S). Fosfor penting dalam sintesis asam nukleat DNA dan RNA. Salah satu komponen dari asam nukleat yakni ATP (Adenosin Tri Fosfat) yang merupakan energi di sel.
OKSIGEN
Produk metabolisme oksigen
Beberapa mikrorganisme membentuk enzim yang mereduksi oksigen tidak hanya terhadap air, seperti pada respirasi aerob tetapi juga produk toksik. Produk antara yang toksik adalah hidrogen peroksida dan superokside. Ensim yang terlibat adalah katalase yang mengubah hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen adalah sbb:
H2O2 ——— H2O + O2
Ensim lain adalah superoksid desmutase yang mengubah superokside menjadi hidroge peroksida dan oksigen
Berdasar atas kebutuhan oksigen mikroorganisme dibagi dalam 4 grup,yakni:
Aerob Obligat
Organisme ini secara total tergantung adanya oksigen untuk pertumbuhannya. Kebutuhan oksigen biasanya 1 atmosfer atau 20% oksigen dalam udara 1 atm. Aerob obligat memproduksi hidrogen peroksida dan superoksid tetapi juga menghasilkan enzim katalase dan superoksid desmutase yang memungkinkan toleran terhadap oksigen konsentrasi tinggi.
Mikroaerofilik
Mikroarerofilik tumbuh pada lingkungan mengandung oksigen tetapi hanya toleran hanya terhadap sedikit oksigen(kira-kira 0.2 atmosfer, atau 4%). Mikroaerofilik menghasilkan enzim yang diperlukan untuk memecah hidrogen peroksida dan superokside tetapi banyak bahan toksik yang terbentuk sistem enzimatik menjadi tak mampu dan pertumbuhan terhambat
Anaerob fakultatif
Mikroorganisme anaerob fakultatif dapat tumbuh dengan adanya oksigen atau tanpa oksigen. Bila tersedia oksigen mereka menggunakan respirasi aerob untuk produksi energi sedang bila tidak ada oksigen mereka menggunakan fermentasi atau respirasi anaerob sebagai sumber energi. Anaerob Fakultatif tumbuh baik dibawah kondisi aerob dan memproduksi katalase dan superoksid desmutase untuk memecah hidrogen peroksida dan superoksid yang terakumulasi.
Anaerob obligat
Orgnisme ini hanya akan tumbuh dalam kondisi tanpa oksigen . organisme seperti clostridium yang dapat ditemukan di tanah tetapi dapat tumbuh pada lingkungan hospes manusia. Lingkungan anaerob termasuk intestinal dan kantung antara gigi dan gusi. Oksigen bersifat letal terhadap mikroorganisme grup ini karena mikroorganisme ini membentuk enzim yang mereduksi oksigen menjadi hidrogen peroksida dan superoksid tetapi tidak memiliki enzim yang mengubah zt-zat tersebut menjadi zat non toksik Obligat anaerob yang lain dapat toleran terhadap sedikit oksigen karena kekurangan enzim yang mereduksi oksigen menjadi air atau zat perantara yang toksik.
MINERAL
Kebutuhan akan mineral sangat bervariasi Beberapa mineral seperti calsium, magnesium, besi diperlukan bagi kebanyakan bakteri. Mineral lain seperti sodium, zink, molibdenum, kobalt, kuper dan mangan biasanya diperlukan sebagai trace elemen.
FAKTOR FISIK YANG DIPERLUKAN UNTUK PERTUMBUHAN
Beberapa faktor fisik sering berpengaruh terhadap pertumbuhan mikroorganisme
ION HIDROGEN
Kebanyakan bakteri tumbuh baik diantara pH 6 sampai 8 sedangkan fungi diantara pH 5 sampai 6. Dengan prinsip ini merupakan jawaban mengapa di lambung banyak mikroorganisme tidak mampu menimbulkan infeksi di bagian tubuh ini karena pH disini adalah sekitar 2.0.
TEMPERATUR
Dengan dasar kebutuhan temperatur untuk pertumbuhan mikroorganisme dibagi dalam
Psykrofil
Bakteri ini tumbuh pada kisaran temperatur antara -10 sampai 20C. Mereka ditemukan di lingkungan yang ekstrim dingin di dunia.
Mesofil
Mikroorganisme yang mampu menyebabkan infeksi pada manusia . Mereka sangat menyukai temperatur antara 30 sampai 37C
Termofil
Menyukai temperatur yang tinggi yakni diantara 45 sampai 70 C. Biasanya ditemukan di daerah panas. Mikroorgnisme ini tidak mampu tumbuh di tubuh manusia
TEKANAN OSMOTIK
Konsentrasi zat-zat dalam larutan medium sangat menentukan pertumbuhan mikroorganisme . Faktor ini mengatur kekuatan ionik dalam sel yang sangat diperlukan dalam aktivitas enzim. Kehilangan air dalam sel akan menyebabkan kondisi yang disebut plasmolisis. Plasmolisis akan menghambat pertumbuhan sel
ENZIM: KATALISATOR BIOLOGIK
Hampir swemua proses metabolisme memerlukan enzim, bila tidak ada enzim tidak akan ada kehidupan sel. Enzim adalah protein yang mempunyai kisaran berat molekul 600- 12.000 . Fungsinya mempercepat reaksi kimia yang terjadi dalam sel. Molekul yang mampu mempercepat reaksi kimia disebut katalisator. Dalam kerjanya enzim tidak berdiri sendiri, tetapi dibantu oleh molekul yang disebut kofaktor. Kebanyakan kofaktor berupa molekul organik seperti vitamin dan sring disebut sebagai koenzim. Kofaktor yang berupa molekul anorganik dapat berupa ion-ion metal seperti calsium, zink, dan magnesium. Pada setiap reaksi kimia dalam sel terdapat molekul yang disebut substrat(S), yang akan berinteraksi dengan enzim(E) dan akan mengubahnya menjadi produk(P) reaksi enzimatis dapat ditulis dengan rumus sbb:
S + E = SE(kompleks S-E )——-P + E
Reaksi kimia terlibat dalam sintesis (pembuatan) dan pemecahan suatu ikatan kimia, dan ini memerlukan energi yang disebut energi aktivasi. Vitamin yang berfungsi dalam metabolisme mikroorganisme adalah: Thiamine, Riboflavin, Niacin, Asam pantotenat, Pyridoxal, Biotin, Asam Folat, Vitamin B12. Adapun faktor-faktor yang berpengaruh terhadap aktivitas enzim yakni: ion Hydrogen, temperatur, konsentrasi substrat, inhibitor(penghambat).
PROSES METABOLISME YANG MENGHASILAKAN ENERGI
FERMENTASI
Fermentasi adalah proses oksidasi,disini donor memberikan elektron organik kepada penerima . Oksigen sendiri tidak terlibat fermentasi karena merupakan proses anaerobik. Proses fermentasi terjadi pada kebanyakan sel hidup dan disebut proses glikolisis atau jalur Emden-Meyerhoff-Parnas (EMP)
RESPIRASI
Respirasi adalah sistem pembentukan energi sel dimana elektron dibebaskan dengan cara oksidasi dipindahkan ke rangkaian transport elektron. Rangkaian transport elektron bertempat di membran sitoplasma bakteri dan membran mitokondria pada eukariot. Penerima terakhir elektron adalah oksigen(pada respirasi aerob) atau molekul anorganik selain oksigen(pada respirasi anaerob)
BIOSINTESIS: PROSES YANG MEMERLUKAN ENERGI
Kebanyakan komponen seluler dan enzim akan mengalami degradasi selama siklus kehidupan dan biosintesis diperlukan untuk memperbaiki atau menyusun kembali menjadi keadaan normal. Dalam rangka biosintesis terdapat 3 syarat : harus ada sumber kerangka karbon, kedua harus ada kekuatan reduksi untuk pembentukan hidrogen, ketiga harus ada sumber energi.
PERTUMBUHAN MIKROORGANISME
Pertumbuhan adalah proses koordinasi kemik dan fisik dalam sel yang secara ideal akan menghasilkan pembelahan sel. Proses kimia dan fisika dalam sel juga dipengaruhi oleh kekuatan kemik dan fisik eksternal.
Pertumbuhan sel bakterial
Sel bakteri membelah dengan proses aseksual yang disebut pembelahan binair. Ketika membelah setiap progeni membentuk salinan dari DNA dan komponen selular lainnya. Setelah terbentuk dua sel, populasi akan manjadi kelipatan 2 ykni 4,8,16,32,64, dst. Waktu yang diperlukan oleh satu sel ataun populasi menjadi dua kali lipat disebut waktu pertumbuhan.
Kurve pertumbuhan
Populasi bakteri yang ditumbuhkan di laboratorium dengan jumlah tertentu ditumbuhkan dalam mediium sampai pertumbuhan berhenti. Setelah dievaluasi menghasilkan suatu . kurve pertumbuhan, dengan tahapan fase lag, fase log, fase stationer, , kematian, dan fase penurunan pertumbuhan.
Fase lag
Bila mikroorganisme dipaparkan pada medium pertumbuhan, maka akan terdapat periode penyesuaian terhadap lingkungan fisik dan kemik setempat. Pada saat ini pembelahan sel terlambat. Hal ini tampak pada kurve pertumbuhan populasi yang mendatar.
Fase log
Populasi sel tumbuh secara logaritmik Selama fase ini pembelahan terjadi secara konstant misalnya setiap 30 menit. Kurve tampak meningkat dalam gambaran vertikal
Fase stationer
Bila mikroorganisme ditumbuhkan pada medium pertumbuhan yang tidak mengalami pergantian nutrien, maka populasi mikroorganisme makin lama makin menurun. Bebrapa anggota populasi banyak yang mati. Terjadi keseimbangan antara jumlah yang tumbuh dan jumlah yang mati. Tampak kurve mendatar.
Fase penurunan dan kematian
Makin lama makin banyak anggota populasi yang mati . Faktor yang berpengaruh adalah dilepaskannya enzim litik oleh beberapa bakteria ketika lisis.
BAHAN KIMIA YANG DIPERLUKAN UNTUK PERTUMBUHAN
AIR
Air diperlukan untuk melarutkan nutrien yang diperlukan sehingga nutrien dapat ditransportasi masuk melalui membran sitoplasma . Disamping itu kebanyakan reaksi biokimia memerlukan air untuk memecah gugusan kimia tertentu(hidrolisis)
KARBON
Kebanyakan mikroorganisme termasuk yang berperan dalam aspek medik memerlukan sumber karbon dalam bentuk organik. Hanya ada beberapa jenis bakteria yang menggunakan karbon anorganik seperti karbondioksida sebagai sumber karbon. Organisme yang menggunakan molekul organik sebagai sumber karbon disebut heterotrof. Penggunaan sumber karbon organik tergantung pada potensial genetik dari bakteri, yakni bagaimana bakteri memproduksi enzim yang mampu mengubah sumber karbon tersebut. Sumber karbon untuk sel bakteri biasanya adalah gula seperti glukose karena mudah diuraikan secara glikolosis disamping zat tersebut merupakan sumber energi. Sumber karbon lain untuk kebanyakan mikroorganisme sering berupa makromolekul seperti selulose. Mikroorganisme biasanya memiliki enzim selulase yang mampu mengubah selulose menjadi glukose. Makromolekul tidak dapat ditransport melalui membran sitoplasma , tetapi unit yang kecil seperti glukose dapat ditransport.
NITROGEN
Nitrogen adalah molekul penting penyusun protein yang ditemukan pula pada purin dan pirimidin. Kebutuhan nitrogen disuplai dari molekul anorganik sperti amonia (NH3) atau nitrat (NO3) tetapi nitrit (NO2) dan gas nitrogen (N2) dapat dipakai oleh beberpa jenis mikroorganisme. Bentuk anorganik dari nitrogen mula-mula akan diubah menjadi amonia kemudian diubah menjadi asam amino.
SULFUR DAN FOSFAT
Sulfur adalah elemen yang dapat ditemukan pada kebanyakan asam amino,diserap oleh sel mikroorganisme dalam bentuk sulfat anorganik. Sulfat diubah menjadi amino sulfide (H2S). Fosfor penting dalam sintesis asam nukleat DNA dan RNA. Salah satu komponen dari asam nukleat yakni ATP (Adenosin Tri Fosfat) yang merupakan energi di sel.
OKSIGEN
Produk metabolisme oksigen
Beberapa mikrorganisme membentuk enzim yang mereduksi oksigen tidak hanya terhadap air, seperti pada respirasi aerob tetapi juga produk toksik. Produk antara yang toksik adalah hidrogen peroksida dan superokside. Ensim yang terlibat adalah katalase yang mengubah hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen adalah sbb:
H2O2 ——— H2O + O2
Ensim lain adalah superoksid desmutase yang mengubah superokside menjadi hidroge peroksida dan oksigen
Berdasar atas kebutuhan oksigen mikroorganisme dibagi dalam 4 grup,yakni:
Aerob Obligat
Organisme ini secara total tergantung adanya oksigen untuk pertumbuhannya. Kebutuhan oksigen biasanya 1 atmosfer atau 20% oksigen dalam udara 1 atm. Aerob obligat memproduksi hidrogen peroksida dan superoksid tetapi juga menghasilkan enzim katalase dan superoksid desmutase yang memungkinkan toleran terhadap oksigen konsentrasi tinggi.
Mikroaerofilik
Mikroarerofilik tumbuh pada lingkungan mengandung oksigen tetapi hanya toleran hanya terhadap sedikit oksigen(kira-kira 0.2 atmosfer, atau 4%). Mikroaerofilik menghasilkan enzim yang diperlukan untuk memecah hidrogen peroksida dan superokside tetapi banyak bahan toksik yang terbentuk sistem enzimatik menjadi tak mampu dan pertumbuhan terhambat
Anaerob fakultatif
Mikroorganisme anaerob fakultatif dapat tumbuh dengan adanya oksigen atau tanpa oksigen. Bila tersedia oksigen mereka menggunakan respirasi aerob untuk produksi energi sedang bila tidak ada oksigen mereka menggunakan fermentasi atau respirasi anaerob sebagai sumber energi. Anaerob Fakultatif tumbuh baik dibawah kondisi aerob dan memproduksi katalase dan superoksid desmutase untuk memecah hidrogen peroksida dan superoksid yang terakumulasi.
Anaerob obligat
Orgnisme ini hanya akan tumbuh dalam kondisi tanpa oksigen . organisme seperti clostridium yang dapat ditemukan di tanah tetapi dapat tumbuh pada lingkungan hospes manusia. Lingkungan anaerob termasuk intestinal dan kantung antara gigi dan gusi. Oksigen bersifat letal terhadap mikroorganisme grup ini karena mikroorganisme ini membentuk enzim yang mereduksi oksigen menjadi hidrogen peroksida dan superoksid tetapi tidak memiliki enzim yang mengubah zt-zat tersebut menjadi zat non toksik Obligat anaerob yang lain dapat toleran terhadap sedikit oksigen karena kekurangan enzim yang mereduksi oksigen menjadi air atau zat perantara yang toksik.
MINERAL
Kebutuhan akan mineral sangat bervariasi Beberapa mineral seperti calsium, magnesium, besi diperlukan bagi kebanyakan bakteri. Mineral lain seperti sodium, zink, molibdenum, kobalt, kuper dan mangan biasanya diperlukan sebagai trace elemen.
FAKTOR FISIK YANG DIPERLUKAN UNTUK PERTUMBUHAN
Beberapa faktor fisik sering berpengaruh terhadap pertumbuhan mikroorganisme
ION HIDROGEN
Kebanyakan bakteri tumbuh baik diantara pH 6 sampai 8 sedangkan fungi diantara pH 5 sampai 6. Dengan prinsip ini merupakan jawaban mengapa di lambung banyak mikroorganisme tidak mampu menimbulkan infeksi di bagian tubuh ini karena pH disini adalah sekitar 2.0.
TEMPERATUR
Dengan dasar kebutuhan temperatur untuk pertumbuhan mikroorganisme dibagi dalam
Psykrofil
Bakteri ini tumbuh pada kisaran temperatur antara -10 sampai 20C. Mereka ditemukan di lingkungan yang ekstrim dingin di dunia.
Mesofil
Mikroorganisme yang mampu menyebabkan infeksi pada manusia . Mereka sangat menyukai temperatur antara 30 sampai 37C
Termofil
Menyukai temperatur yang tinggi yakni diantara 45 sampai 70 C. Biasanya ditemukan di daerah panas. Mikroorgnisme ini tidak mampu tumbuh di tubuh manusia
TEKANAN OSMOTIK
Konsentrasi zat-zat dalam larutan medium sangat menentukan pertumbuhan mikroorganisme . Faktor ini mengatur kekuatan ionik dalam sel yang sangat diperlukan dalam aktivitas enzim. Kehilangan air dalam sel akan menyebabkan kondisi yang disebut plasmolisis. Plasmolisis akan menghambat pertumbuhan sel
Tidak ada komentar:
Posting Komentar