Selasa, 30 November 2010

ENZIM DAN ENERGI METABOLISME

I. ENZIM
Kegiatan kimiawi yang dilakukan oleh sel amatlah rumit, mengingat demikian beragamnya bahan yang digunakan sebagai nutrient oleh sel dan berbagai ragam substansi yang disintesis menjadi komponen-komponen sel. Kegiatan seluler atau kehidupan di dalam sel seperti pertumbuhan, pembelahan sel, pembaharuan komponen sel dan lain-lain dapat dilakukan dengan bantuan enzim.

Enzim merupakan suatu substansi protein yang ada dalam sel dengan jumlah yang kecil dan mampu mempercepat reaksi kimiawi dimana enzim itu sendiri tidak ikut serta dalam reaksi tersebut dan tidak ikut berubah.
Enzim memiliki sifat-sifat umum, seperti berikut:
1. Enzim merupakan protein atau gabungan dengan koenzim dan apoenzim
2. sebagai biokatalisator, yaitu dapat menggiatkan atau mempercepat reaksi kimiawi.
3. bekerja secara spesifik atau khusus
4. bekerja secara bolak-balik
5. enzim tidak tahan terhadap temperature yang tinggi
6. kerja enzim dipengaruhi oleh pH, konsentrasi enzim, suhu, substrat, hasil akhir, zat penghambat (inhibitor), dan zat penggiat (activator).

Pada umumnya reaksi enzim dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi sebagai berikut:

Gambar 1. Kerja enzim dalam mengubah substrat

Berdasarkan tempatnya enzim dikelompokkan menjadi 2 macam, yaitu:
1. Endoenzim, yaitu enzim yang terdapat di dalam sel untuk membantu dalam proses pencernaan dan perombakan zat makanan di dalam sel.
2. Eksoenzim, yaitu enzim yang dikeluarkan oleh sel untuk mengambil zat makanan yang ada di sekeliling sel.
Berdasarkan sifat dan substansi yang diuraikannya makan enzim dapat dikelompokkan menjadi:
1. Hidrolase, yaitu kelompok enzim yang menguraikan suatu zat dengan bantuan air, yang terdiri atas:
a. Karbohidrase, yaitu enzim-enzim yang menguraikan golongan karbohidrat, terdiri atas :
a) Amilase, yaitu enzim yang menguraikan amilum menjadi maltosa
b) Maltase, yaitu enzim yang menguraikan maltosa menjadi glukosa
c) Sukrase, yaitu enzim yang mengubah sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa
d) Laktase, yaitu enzim yang mengubah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa
e) Selulase, yaitu enzim yang menguraikan selulosa menjadi selubiosa
f) Pektinase, yaitu enzim yang menguraikan pektin menjadi asam pektin.
b. Esterase, yaitu enzim-enzim yang memecah golongan ester, terdiri atas:
a) Lipase, yaitu enzim yang menguraikan lemak menjadi gliserol dan asam lemak
b) Fosfatase, yaitu enzim yang menguraikan suatu ester hingga terlepas asam fosfat.
c. Proteinase, yaitu enzim-enzim yang menguraikan golongan protein, seperti :
a) Peptidase, yaitu enzim yang menguraikan peptide menjadi asam amino
b) Gelatinase, yaitu enzim yang menguraikan gelatin
c) Rennin, yaitu enzim yang menguraikan kasein dari susu
2. Oksidase dan reduktase, yaitu kelompok enzim yang menolong dalam proses eksidasi dan reduksi, terdiri atas:
a. Dehidrogenase, yaitu enzim yang memegang peranan penting dalam pengubahan zat-zat organic menjadi hasil-hasil oksidasi.
b. Katalase, yaitu enzim yang menguraikan hidrogen peroksida (H2O2) menjadi air dan oksigen.
3. Desmolase, yaitu kelompok enzim yang menolong untuk memutuskan ikatan C – C, C – N, dan beberapa ikatan lainnya, terdiri atas:
a. Karboksilase, yaitu enzim yang mengubah asam piruvat menjadi asetaldehida.
b. Transaminase, yaitu enzim yang memindahkan gugusan amin menjadi asam amino.


II. ENERGI DAN METABOLISME
Metabolisme merupakan semua reaksi kimiawi yang dilakukan oleh sel yang menghasilkan energi dan menggunakan energi untuk sintesis komponen-komponen sel dan untuk kegiatan-kegiatan seluler seperti pergerakan. Metabolisme dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu :
1. Desimilasi atau Katabolisme, yaitu reaksi kimiawi yang membebaskan energi melalui perombakan nutrient.
2. Asimilasi atau Anabolisme, yaitu reaksi kimiawi yang menggunakan energi untuk sintesis dan fungsi-fungsi sel lainnya.
Jadi reaksi desimilasi menghasilkan energi, dan reaksi asimilasi menggunakan energi. Energi merupakan kemampuan untuk melakukan kerja.
Mikroorganisme heterotrofik memperoleh energinya dari oksidasi senyawa-senyawa organik. Sedangkan mikroorganisme autotrofik memperoleh energinya dari cahaya. Dan mikroorganisme autotrofik kemosintetik mendapatkan energinya melalui oksidasi bahan organik seperti Fe dan NH3.
Selama berlangsungnya reaksi kimiawi, terjadi pembebasan atau penggunaan energi. Jumlah energi yang dilepaskan atau dipakai selama berlangsungnya suatu reaksi tersebut disebut perubahan energi bebas yang dilambangkan dengan ΔG. Perubahan energi bebas ialah jumlah energi yang tersedia atau berguna yang dilepaskan atau dipakai dalam suatu reaksi.
Satuan ΔG dinyatakan dalam satuan kalori. Bila ΔG bernilai negative (misalnya -8.000 kalori), maka reaksi tersebut membebaskan energi disebut eksergonik. Bila ΔG bernilai positif (misalnya +3.000 kalori), maka reaksi tersebut membutuhkan energi disebut endergonik.

Baca Selengkapnya...

Selasa, 02 November 2010

Nutrisi Bakteri

Dalam biologi, makanan diartikan sebagai substrat yang dapat dipakai dalam metabolisme, guna memperoleh bahan-bahan untuk membangun dan atau memperoleh tenaga (energi) bagi sel. Agar makanan tersebut dapat dipakai dalam metabolisme, makanan itu harus masuk ke dalam sel.

Pada umumnya makanan masuk melalui membran sel (juga dinding sel bila ada) dalam bentuk larutan pada sel tumbuhan dan sel hewan dengan cara difusi dan osmosis. Cara pengambilan makanan seperti ini disebut osmotrof. Dengan bantuan enzim permease, larutan makanan dapat melalui membrane sel. Sel tumbuhan, bakteri, dan fungi adalah osmotrof, sebagian disebabkan oleh adanya dinding sel yang kaku atau kenyal di sebelah luar membran sel dan merupakan penghalang mekanis yang kuat terhadap masuknya partikel-partikel padat.
Pertumbuhan diartikan sebagai penambahan dan dapat dihubungkan dengan penambahan ukuran, jumlah bobot, masa, dan banyak parameter lainnya dari suatu bentuk hidup. Penambahan ukuran atau masa suatu sel individual biasanya terjadi pada proses pendewasaan (maturasi) dan perubahan ini pada umumnya bersifat sementara (temporer) untuk kemudian dilanjutkan dengan proses multiplikasi dari sel tersebut. Multiplikasi terjadi dengan cara pembelahan sel.

I. KULTIVASI (NUTRISI)
Semua bentuk kehidupan dari mikroorganisme sampai kepada manusia, mempunyai persamaan dalam hal persyaratan nutrisi tertentu dalam bentuk zat-zat kimiawi yang diperlukan untuk pertumbuhan dan fungsinya yang normal.
Pembiakan adalah proses perbanyakan organisme dengan menyediakan keadaan lingkungan yang tepat. Mikroorganisme yang sedang tumbuh membuat tiruan dirinya sendiri, untuk ini dibutuhkan unsur-unsur yang ada dalam komposisi kimia organisme itu. Zat makanan harus mengandung berbagai unsur ini dalam bentuk yang dapat diolah lewat metabolisme. Selain itu, organisme membutuhkan energi metabolik untuk mensintesis makromolekul dan mempertahankan gradient kimia utama lintas selaputnya. Berbagai faktor yang harus dikendalikan selama pertumbuhan adalah zat makanan, pH, suhu, udara, kadar garam, serta kuat ion dari perbenihan.
Zat makanan dalam perbenihan harus mengandung semua unsur yang diperlukan untuk membuat suatu organisme baru secara biologis. Zat makanan yang dibutuhkan oleh mikroorganisme adalah sebagai berikut :

1. Sumber karbon
Bakteri heterotrof membutuhkan karbon organik untuk pertumbuhan, dan harus dalam bentuk yang dapat diasimilasi. Beberapa organisme menggunakan karbon dioksida sebagai sumber karbon. Karbon dioksida dibutuhkan untuk beberapa reaksi biosintesis. Banyak organisme pernapasan menghasilkan karbon dioksida lebih dari cukup untuk memenuhi kebutuhannya, tetapi organisme lain membutuhkan sumber karbon dioksida dalam perbenihan tempat tumbuhnya.
2. Sumber Nitrogen
Nitrogen adalah komponen utama dari protein dan asam nukleat, umumnya sekitar 10% dari bobot kering sel bakteri. Nitrogen dapat dipasok dalam beberapa bentuk yang berbeda dari udara seperti nitrat (NO3), nitrit (NO2), N2, NH4+, NH3, R-NH2, dan kemampuan mikroorganisme dalam mengasimilasi nitrogen berbeda-beda pula.
Banyak mikroorganisme memiliki kemampuan mengasimilasi NO3 dan NO2 lewat reduksi dengan mengubah ion ini menjadi ammonia (NH3). Kemampuan mengasimilasi N2 dengan reduksi lewat NH3, yang disebut penambatan (fiksasi) nitrogen, merupakan sifat unik bagi prokariotik yang hanya sedikit bakteri yang memiliki kemampuan metabolisme ini.
Sebagian besar mikroorganisme dapat menggunakan NH4+ sebagai sumber nitrogen satu-satunya dan banyak organisme memiliki kemampuan menghasilkan NH4+ dari amina (R-NH2).
3. Sumber Belerang
Belerang merupakan bagian struktur beberapa koenzim dan ditemukan pada rantai samping sistein dan metionin pada protein. Sebagian besar mikroorganisme dapat menggunakan sulfat (SO42-) sebagai sumber belerang dan mereduksi sulfat itu sampai tingkat hidrogen sulfida (H2S). beberapa mikroorganisme dapat mengasimilasi H2S langsung dari perbenihan, tetapi senyawa ini bersifat toksik bagi banyak organisme.
4. Sumber Fosfor
Fosfat (PO4 3-) dibutuhkan untuk komponen ATP, asam nukleat, dan berbagai koenzim seperti NAD, NADP, dan flavin. Selain itu, banyak metabolit dan beberapa protein mengandung fosfor. Fosfor selalu diasimilasi sebagai fosfat anorganik bebas (Pi).
5. Sumber Mineral
Banyak mineral dibutuhkan untuk fungsi enzim. Ion magnesium (Mg2+) dan ion ferro (Fe2+) ditemukan pada turunan porfirin, magnesium dalam molekul klorofil, dan besi sebagai bagian dari koenzim sitokrom dan peroksidase. Mg2+ dan K+ merupakan mineral esensial untuk fungsi dan integritas ribosom. Ca2+ dibutuhkan sebagai unsur dalam dinding sel Gram positif, tetapi mineral ini kadang-kadang tidak dibutuhkan oleh bakteri Gram negative. Bila membuat formula perbenihan untuk membiakkan sebagian besar mikroorganisme, perlu disediakan sumber kalium, magnesium, kalsium, dan besi dalam bentuk ion (K+, Mg2+, Ca2+, dan Fe2+). Berbagai mineral lain seperti Mn2+, Mo2+, Co2+, Cu2+, dan Zn2+ juga dibutuhkan yang sering terdapat dalam air sebagai pencemar bahan-bahan perbenihan yang lain.
6. Faktor pertumbuhan
Faktor pertumbuhan adalah suatu senyawa organik yang harus ada dalam sel agar sel dapat tumbuh, tetapi sel tersebut tidak dapat mensintesisnya. Mikroorganisme heterotrof tidak dapat tumbuh kecuali diberikan substansi faktor pertumbuhan dalam media, sehingga dapat mensintesis pembangun makromolekul: asam amino (purin, pirimidin, dan pentoat), karbohidrat tambahan, asam lemak, dan vitamin B kompleks.

Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Bakteri
1. Zat makanan
Pada umumnya harus disediakan hal-hal berikut :
a. Donor hidrogen dan penerima hidrogen: kira-kira 2 g/L
b. Sumber karbon: kira-kira 1 g/L
c. Sumber nitrogen: kira-kira 1 g/L
d. Mineral: belerang dan fosfor masing-masing kira-kira 50 mg/L
e. Faktor pertumbuhan: asam amino, purin, pirimidin, masing-masing kira-kira 50 mg/L, vitamin-vitamin 0,1 – 1 mg/L.

2. Tingkat Keasaman (pH)
Sebagian besar organisme (neutrofil) tumbuh baik pada pH 6,0 – 8,0 meskipun ada pula (asidofil) yang memiliki pH optimal 3,0 dan yang lain (alkalofil) memiliki pH optimal 10,5. Mikroorganisme mengatur pH internalnya terhadap rentang nilai pH eksternal yang cukup luas:
a. Organisme asidofil mempertahankan pH internal ± 6,5 dengan pH eksternal antara 1,0 – 5,0.
b. Organisme neutrofil mempertahankan pH internal 7,5 dengan pH eksternal antara 5,5 – 8,5.
c. Organisme alkalofil mempertahankan pH internal 9,5 dengan pH eksternal 9,0 – 11,0.

3. Suhu optimal
Setiap mikroba membutuhkan suhu optimal yang amat beragam untuk pertumbuhannya:
a. Bentuk psikrofilik; tumbuh paling baik pada suhu rendah (15 – 20OC)
b. Bentuk mesofilik; tumbuh baik pada suhu 30 – 37OC)
c. Bentuk termofilik; tumbuh baik pada suhu 50 – 60OC)

4. Oksigen (O2)
Berdasarkan keperluan oksigen sebagai penerima hidrogennya, mikroorganisme dapat digolongkan menjadi :
a. Aerob obligat; secara khusus memerlukan oksigen sebagai penerima hidrogen
b. Mikroaerofilik; hanya tumbuh baik dalam oksigen yang rendah
c. Fakultatif; sanggup hidup secara aerob maupun anaerob
d. Anaerob obligat; memerlukan zat lain selain oksigen sebagai penerima hidrogen. Oksigen merupakan toksis bagi golongan mikroba ini.
e. Anaerob aerotoleran; tidak mati dengan adanya oksigen.


Download tulisan ini, klik di sini.

Baca Selengkapnya...