OLEH:

DR. DESSY YOSWATY

METABOLISME MIKROBIAL

1. Metabolisme Aerobik dan Anaerobik

Proses metabolisme:

a. Katabolisme: reaksi eksergonik (penguraian senyawa

energi). Contoh: respirasi

Karbohidrat asam piruvat, energi.

b. Anabolisme: reaksi endergonik (pembentukan senyawa +

energi). Contoh: fotosintesis.

Metabolit: reaksi metabolisme suatu senyawa.

Mikroorganisme melakukan:

- proses metabolisme (nutrisi, respirasi dan sintesis).

- Pelestarian diri (melindungi diri, reproduksi, adaptasi)

Kebutuhan terhadap sumber oksigen, metabolisme:

a. Aerobik: mikroba menggunakan O2 bebas sebagai

aseptor tunggal hidrogen terakhir dalam

proses respirasi.

b. Anaerobik: mikroba tidak menggunakan O2 bebas,

tetapi senyawa kimia seperti nitrat.

c. Fakultatif-aerobik/anaerobik: secara terbatas hidup

dalam kondisi aerobik atau anaerobik.

d. Mikroaerofilik: menggunakan sedikit oksigen.

e. Kapnofilik: menggunakan sedikit oksigen dan banyak

CO2.

2. Nutrien Mikroba

Pertumbuhan mikroba: pertambahan jumlah sel dan jumlah

organisme.

Contoh: kultur bakteri: pertambahan komponen dalam sel

hidup

Umur sel: setelah proses pembelahan sel selesai.

Umur kultur: waktu atau lama inkubasi (ct: 24, 48 jam).

Contoh: jika satu sel bakteri Vibrio sp

Waktu generasi = 15 menit

1 sel bakteri membelah diri = 2 sel dalam waktu 15 menit

Sel bakteri ini diinkubasi selama 48 jam.

Pembelahan sel: 48 x 60 = 192 generasi

15

Jumlah sel bakteri setelah 48 jam = 2192 sel.

Kenyataan: proses metabolisme dipengaruhi oleh faktor

lingkungan dan nutrien.

Sumber nutrien Pertumbuhan sel Ukuran sel

tersedia cepat besar

Sumber nutrien kehidupan, pertumbuhan mikroba

Nutrisi: penyerapan bahan ke dalam sel untuk proses

metabolisme:

a. Katabolisme/dissimilasi/bioenergi: nutrien sebagai

sumber energi (penerima elektron). Ct: oksigen, KNO3.

Energi yang dihasilkan: energi kimia (respirasi).

Fungsi: pembentukan spora, pergerakan, biosintesis dan

perkembang biakan .

b. Anabolisme/assimilasi/biosintesis: nutrien sebagai bahan

baku (utama), memerlukan energi (fotosintesis).

Contoh:

- Escherichia coli, Enterobacter aerogenes: medium yang

mengandung glukosa.

- Mycoplasma sp: sterol (vitamin D) dari tumbuhan.

Nutrisi biokatalisator proses

(bioenergi + biosintesis) (enzim) metabolisme

Fungsi nutrien untuk pertumbuhan bakteri:

a. Sumber karbon seperti hidrat arang, asam organik, garam

organik, polialkohol.

b. Sumber nitrogen seperti amonium, nitrat, asam amino,

protein.

c. Sumber energi seperti senyawa organik, anorganik dan

cahaya matahari.

d. Faktor pertumbuhan seperti mineral, vitamin.

3. Pengaturan Metabolisme

Setiap sel mikroba: mengadakan pertukaran zat dengan

lingkungannya:

- Mengambil zat-zat tertentu dari lingkungan

- Mengembalikan zat-zat tertentu ke dalam lingkungan.

Disebut: proses metabolisme.

Proses metabolisme membutuhkan enzim dan ATP.

Enzim: katalisator organik (biokatalisator), dihasilkan

oleh sel bakteri.

Fungsi: mempercepat reaksi kimia, tidak mengalami

perubahan jumlah (jumlah enzim sebelum dan

setelah reaksi adalah tetap.

Nutrien masuk ke dalam sel mikroba melalui:

a. Difusi pasif: konsentrasi gradien (tinggi ke rendah).

Contoh: air keluar masuk sel secara bebas, difusi ADP ke

dalam dan difusi ATP keluar dari mitokondria atau

transpor glukosa dalam sel darah merah.

b. Difusi yang dipercepat: konsentrasi tinggi ke rendah,

kecepatan lebih tinggi dari difusi pasif dengan dibantu

enzim (permease).

Contoh: gula masuk ke dalam sel eukariotik (fungi, alga)

gliserol masuk ke dalam sel prokariotik (bakteri).

c. Transport aktif: konsentrasi rendah ke tinggi dengan

bantuan enzim permease dan energi.

Contoh: sel E.coli: laktosa + enzim beta-galaktosida

permease, dimana afinitas permease terhadap laktosa

dalam sel lebih rendah daripada di luar sel.

d. Translokasi: komponen masuk ke dalam sel + energi,

diubah menjadi komponen bentuk lain, tidak dapat ke

luar membran (impermeable).

Jika mikroba diletakkan pada larutan hipertonis, maka sel

mengalami plasmolisis: terkelupasnya membran sitoplasma

dari dinding sel akibat mengkerutnya sitoplasma.

Jika mikroba diletakkan pada larutan hipotonis, maka sel

mengalami plasmoptisa: pecahnya sel karena cairan masuk

ke dalam sel sehingga sel membengkak dan pecah.

4. Faktor yang Mempengaruhi Metabolisme

Aktivitas metabolisme mikroba dipengaruhi faktor

lingkungan.

Perubahan lingkungan: perubahan sifat morfologi

dan fisiologi sel mikroba.

Perubahan faktor lingkungan: adaptasi sel mikroba

Faktor lingkungan:

- Abiotik(fisika dan kimia)

- Biotik

a. Faktor abiotik:

- Suhu:

* Suhu minimum: suhu terendah, mikroba masihdapat hidup.

* Suhu optimum: suhu paling baik untuk hidup.

* Suhu maksimum: suhu tertinggi kehidupan mikroba

Mikroba psikrofil: tumbuh pada suhu 0-300C, suhu

optimum 150C.

Mikroba mesofil: minimum 150C, optimum 25- 370C

dan maksimum 45-550C.

Mikroba termofil: optimum 55-600C, maks 750C

Contoh:

- Bakteri psikofil: bakteri yang hidup di laut (fototrof)

dan bakteri besi (Gallionella) Vibrio marinus: optimum 15-16 0C, diatas 30 oCaktivitas metabolisme berhenti dalam 1.5 jam.

- Bakteri mesofil: Agrobacterium luteum: 25 oC

- Bakteri termofil: Bacillus, Clostridium, bakteripereduksi sulfat/sulfur.

Sulfolobus acidocaldarius: suhu 65-95 oC.

V. Marinus A.luteum S. acidocaldarius

Jika suhu suhu tinggi menyebabkan perubahan

enzim (denaturasi):

- Titik kematian thermal: suhu mematikan sepsiesmikroba dalam waktu 10 menit, kondisi tertentu.

- Waktu kematian thermal: waktu yang diperlukanmembunuh suatu spesies mikroba pada suatu suhuyang tetap.

Dipengaruhi:

- Waktu

- Suhu

- Kelembaban

- Spora

- Umur mikroba

- pH

- Komposisi medium.

Waktu kematian thermal ( TDT/ thermal death time):

Jika suhu dibawah minimum: kerja enzim akan

terhenti, terjadi gangguan metabolisme:

* Cold shock : penurunan suhu tiba-tiba, kematianbakteri (bakteri muda atau fase logaritmik).

* Freezing: rusaknya sel dengan terbentuknya kristales di dalam air intraseluler

* Lyofilisasi: proses pendinginan dibawah titik bekudalam keadaan vakum secara bertingkat.

Fungsi: mengawetkan mikroba, air protoplasma

langsung diuapkan tanpa melalui fase cair

(sublimasi).

Suhu perairan Indonesia: 28-31 oC.

- pH

Mikroba tumbuh pada pH: 3-6, maksimum 6.5-7.5

pH < 5 dan > 8.5, maka bakteri tidak tumbuh, kecuali

bakteri asam asetat (Acetobacter suboxydans).

Mikroba asidofil: hidup pada pH 2,0-5,0.

Contoh: Lactobacilli, Acetobacter, Sarcina ventriculi

dan jamur.

Mikroba mesofil (neutrofil): hidup pada pH 5,5-8,0.

Contoh: bakteri Pseudomonas aeruginosa, E, coli,

Clostridium sp, Nitrosomonas.

Mikroba alkalifil: hidup pada pH 8,4-9,5.

Contoh: bakteri nitrat, rhizobia, actinomycetes dan

bakteri pengguna urea.

A. Suboxydans Lactobacilli Actinomycetes

- Kandungan air (aw=water activity): kelembaban relatif

Mikroba: tumbuh pada aw 0,998-0,6.

Bakteri: tumbuh pada aw 0,90-0,999 (> 0,98).

Mikroba osmotoleran: hidup pada aw terendah(0,6)

seperti: khamir Saccharomyces rouxii. Aspergillus

glaucus tumbuh pada aw 0,8 membentuk

spora, konidia atau kista.

A. glaucus S. rouxii

- Salinitas

* Mikroba osmofil: kadar gula tinggi (Escherichia)

Contoh: >65 % wt/wt (aw =0,94).

* Mikroba halofil: kadar garam halogen 2,5-4%, rata-rata 3,5%.

Contoh: bakteri Archaebacterium (Halobacterium).

* Mikroba halodurik: kadar garam tinggi 30 %.

Contoh: E. coli, Bacillus sp

Escherichia Archaebacterium Bacillus

b. Faktor biotik

- Interaksi mikroba

* Interaksi dalam satu populasi mikroba:

Positif (kooperasi): peningkatan kecepatan suatu

pertumbuhan, kepadatan populasi.

Contoh: pertumbuhan satu sel mikroba menjadi koloni atau

fase lag (fase adaptasi).

Negatif (kompetisi): penurunan kecepatan pertumbuhan

dengan meningkatnya kepadatan populasi.

Contoh: populasi mikroba dalam substrat terbatas, produk

metabolik yang beracun (jamur Fusarium dan

Verticillium pada tanah sawah, menghasilkan asam

lemak dan H2S.

* Interaksi antar berbagai macam populasi mikroba

Interaksi: pengaruh positif, negatif, atau tidak ada

pengaruh antar populasi mikroba.