760 likes | 1.11k Views
Metabolisme Mikrobia. Metabolisme Mikrobia Katabolisme & Energi Penghasilan PMF Penghasilan ATP Biooksidasi Respirasi (Aerobik) Respirasi Anaerobik Fermentasi Fotoautotrofi Fotosisntesis (oksigenik & anoksigenik) Reaksi cahaya Reaksi gelap (fiksasi CO2) Anabolisme: Biosistesis
E N D
Metabolisme Mikrobia Metabolisme Mikrobia Katabolisme & Energi Penghasilan PMF Penghasilan ATP Biooksidasi Respirasi (Aerobik) Respirasi Anaerobik Fermentasi Fotoautotrofi Fotosisntesis (oksigenik & anoksigenik) Reaksi cahaya Reaksi gelap (fiksasi CO2) Anabolisme: Biosistesis Biosisntesis karbohidrat Biosisntesis Lipid Biosisntesis Protein Biosistesis asam nukleat
1.2. Metabolisme mikrobia • Metabolisme: • Katabolisme : pemecahan energi • Anabolisme : sintesis ← energi • Metabolisme selular utama: • Glikolisis • Siklus Krebs • Rantai Respirasi
Mekanisme dasar Metabolisme & Penghasilan Energi • Energi: kemampuan melakukan kerja • Sumber energi: cahaya matahari & bahan org/anorg • Bentuk energi yang dipakai: ATP • Jasad hidup tunduk terhadap Hukum Termodinamika • Aliran Elektron dari Rekduktan ke Oksidan menghasilkan energi • Enzim: katalisator protein yang membuat sistem kehidupan berjalan dengan cara memacu kecepatan reaksi pada suhu rendah. • Enzim tidak mengubag “Keq” tetapi menurnkan energi aktivasi mempercepat tercapainya keadaanequilibrium
Energi Bebas & Reaksi Biokimiawi • Reaksi : A + B C + D • Keq = (C) (D)/(A) (B) • Keadaan Standard: (A); (B); (C) ; (D) 1M ; pH = 7; T = 25°C = (298°K) • Energi bebas Standard: • G°’= - 2,3RT log Keq. • Keadaan equilibrium: konsentrasi (A), (B), (C) dan (D) sudah tetap ! • G = G°’ + 2,3RT log K • = -2,3 RT logKeq + 2,3RT log K • eg. ATP ADP + Pi • G°’ = -7300 cal/mol
Energi bebas Reaksi Redoks • G = -nF. E n = 2 (sistem hayati) F = 23062 cal/V.mol (Konst. Faraday) eg. NADH2 O2 (E = 1,14 Volt) G = 52.000 cal/mol 4,3 ATP Fakta: NADH2 = 3 ATP Efisiensi = 75%
1.3. Penghasilan PMF (Proton Motive Force) • Pembentukan gradien proton/pH di antara dua sisi membran: • Membran sel bakteri, arkhaea • Membran dalam mitokondria • Membran tilakoid kloroplas
1.4. Penghasilan energi: ATP • Bentuk energi yang digunakan jasad hidup (ATP) • Pembentukan ATP ada 3 macam: • Fosforilasi tingkat substrat • Fosforilasi oksidatif – khemiosmosis • Fosforilasi fotosintetik
A model : redox reaction... • Fe 2+ Fe3+ + e • Fe 2+ teroksidasi menjadi Fe3+ karena kehilangan elektron • Fe3+ tereduksi menjadiFe 2+ dengan menerima elektron
Koenzim: NAD & FAD • NAD: Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD+ NADH2) • NADP: Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate (NADP+ NADPH2) • FAD: Flavin Adenine Dinucleotide (FAD+ FADH2)
Biooksidasi: 1. Respirasi aerobik O2 (oksigen) 2. Respirasi anaerobik anorganik 3. Fermentasi organik 1. Respirasi Aerobik: 1.1. Glycolysis 1.2.Tricarboxylic Acid cycle (Krebs Cycle) 1.3. Oxidative phosphorylation
Reaksi biooksidasi-reduksi Laktat + NAD+ Piruvat + NADH2 Bio-katalisator : Lactate Dehydrogenase
Energetics and carbon flow in (a) aerobic respiration, (b) anaerobic respiration, (c) chemolithotrophic metabolism, and (d) phototrophic; metabolism
Embden-Meyerhof pathway Glycolysis: A common biochemical pathway for the fermentation of glucose is glycolysis, also named the Embden-Meyerhof pathway for its major discoverers. Can be divided into three major stages.
Stages I and II: Preparatory and Redox Reactions Stage I : A series of preparatory rearrangements: reactions that do not involve oxidation-reduction and do not release energy but that lead to the production from glucose of two molecules of the key intermediate, glyceraldehyde 3-phosphate. Stage II: Oxidation-reduction occurs, energy is conserved in the form of ATP, and two molecules of pyruvate are formed.
Stage III: Production of Fermentation Products Stage III: A second oxidation-reduction reaction occurs and fermentation products (for example, ethanol and CO2, or lactic acid) are formed.
Perubahan Piruvat Asetil-CoA Pyruvate + Coenzyme A + NAD+ Acetyl-CoA + CO2 + NADH2 Coenzyme A
1.3.Fosforilasi Oksidatif (Rantai Respirasi) Akseptor elektron terakhir: O2
Penghasilan ATP: Respirasi Aerobik Glikolisis (8 ATP) Perubahan Piruvat Asetil-CoA (6 ATP) Siklus Krebs (24 ATP) Fosforilasi oksidatif 38 ATP
Penghasilan ATP • Glikolisis: • Penghasilan ATP: • 1,3 bifosfogliserat 3 –fosfoliserat : 2 ATP • PEP Piruvat : 2 ATP -------------------------------------------------------------- • Subtotal 4 ATP -------------------------------------------------------------- • Pemakaian ATP: • Glukosa Glukosa -6-P : 1 ATP • Fruktosa-6-P Fruktosa-1,6-bi-P : 1 ATP -------------------------------------------------------------- • Sub-total 2 ATP --------------------------------------------------------------- • Netto penghasilan 2 ATP --------------------------------------------------------------- • Penghasilan NADH2 • Gliseraldehid-3-P 1,3-bi-P-Gliserat: 2 NADH
Piruvat Asetil-CoA • Piruvat Asetil-CoA : 2 NADH2 Piruvat + Co-A + NAD+ Aseti-CoA + CO2 + NADH2
Siklus Krebs • Isositrat α-Ketoglutarat : 2 NADH2 • α-Ketoglutarat Suksinil-CoA : 2 NADH2 • Suksinil-CoA Suksinat : 2 ATP • Suksinat Fumarat : 2 FADH2 • Malat Oksaloasetat : 2 NADH2 • Netto: • 6 NADH2 • 2 FADH2 • 2 ATP
Fosforilasi Oksidatif • 1 NADH2 3 ATP • 1 FADH2 2 ATP • Glikolisis : • 2 NADH2 2 x 3 = 6 ATP • Piruvat Asetil-CoA: • 2 NADH2 2 x 3 = 6 ATP • Siklus Krebs: • Isositrat α-Ketoglutarat : 2 NADH2 = 6 ATP • α-Ketoglutarat Suksinil-CoA : 2 NADH2 = 6 ATP • Suksinat Fumarat : 2 FADH2 = 4 ATP • Malat Oksaloasetat : 2 NADH2 = 6 ATP -------------------------------------------------------------------- • Sub-total = 22 ATP --------------------------------------------------------------------- • Total 34 ATP
Total Penghasilan ATP • Glikolisis : • 2 NADH2 2 x 3 = 6 ATP (Fosforilasi oksidatif) • 2 ATP = 2 ATP (Fosforilasi tkt substrat) ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- • Sub-total = 8 ATP ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- • Piruvat Asetil-CoA: • 2 NADH2 2 x 3 = 6 ATP (Fosforilasi oksidatif) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ • Siklus Krebs: • Isositrat α-Ketoglutarat : 2 NADH2 = 6 ATP (Fosforilasi oksidatif) • α-Ketoglutarat Suksinil-CoA : 2 NADH2 = 6 ATP (Fosforilasi oksidatif) • Suksinat Fumarat : 2 FADH2 = 4 ATP (Fosforilasi oksidatif) • Malat Oksaloasetat : 2 NADH2 = 6 ATP (Fosforilasi oksidatif) • Suksinil-CoA Suksinat : 2 ATP = 2 ATP (Fosforilasi tkt substrat) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ • Sub-total = 24 ATP ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ • Total 38 ATP ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ • Bakteria & Archaea : 38 ATP • Mikrobia eukaryotik: 36 ATP (2 ATP digunakan untuk transfer 2 NADH2 dari sitoplasma ke dalam mitokondria)
Total energi Respirasi Aerobik Glikolisis : 2 NADH2 = 6 ATP 2 ATP = 2 ATP Piruvat Acetyl-CoA 2 NADH2 = 6 ATP Siklus Krebs 6 NADH2 = 18 ATP 2 FADH2 = 4 ATP 2 ATP = 2 ATP -------------------------------------------------------------- Total = 38 ATP ---------------------------------------------------------------
Respirasi Anaerobik • Reduksi Nitrat Nitrit NH3 N2 (Closteridium sp.) • Reduksi Sulfat H2S (Desulforomonas sp.) • Redksi CO2 CH4 (Methanococcus sp. ; Archaea)
2. Respirasi Anaerobik: Reduksi Nitrat Reduksi Nitrat: NO3 + e + H+ NO2 + H2O