Download Metabolisme Mikrobia

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
keadaan equilibrium
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
Generation of PMF
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
Molekul ATP
ATP
Penghasilan energi : Biooksidasi
A model : redox reaction...
•
Fe 2+  Fe3+
+
e
Fe 2+ teroksidasi menjadi Fe3+
karena kehilangan elektron
Fe3+ tereduksi menjadi Fe 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)
FAD+ FADH2
FAD+ FADH2
(NAD+  NADH2)
Penulisan Singkat
NADP
NADP
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
1. Respirasi aerobik
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.
1.1.Glikolisis
Fruktosa-1,6-bi- Phosphate
Perubahan Piruvat Asetil-CoA
Pyruvate + Coenzyme A + NAD+

Acetyl-CoA + CO2 + NADH2
Coenzyme A
1.2.Siklus Krebs
1.2. Siklus Krebs
1.2.Siklus Krebs
1.3.Fosforilasi Oksidatif (Rantai Respirasi)
Akseptor elektron terakhir: O2
Cytochrome
Fosforilasi oksidatif
Generation of PMF: teori khemiosmotik
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
1. Reduksi Nitrat  Nitrit NH3  N2 (Closteridium sp.)
2. Reduksi Sulfat  H2S (Desulforomonas sp.)
3. Redksi CO2  CH4 (Methanococcus sp. ; Archaea)
2. Respirasi Anaerobik: Reduksi Nitrat
Reduksi Nitrat: NO3 + e + H+  NO2 + H2O
Respirasi anaerobik: Reduksi Sulfat
Siklus Sulfur di alam
Reduksi Sulfat
Reaksi Reduksi Sulfat
Bakteri Pereduksi Sulfat
Respirasi anerobik: Pembentukan CH4
Molekul methana
Pembentukan metana: redusksi CO2
Methanogenesis
3. Fermentasi
3.1. Ethanolic fermentation
3.2. Propionic acid
3.3. Mixed acid
3.4. Butanediol
3.5. Butyric acid
3.6. Amino acid
3.7. Fermentation of acetate to methane
3.8. Methanogenesis
Lactic acid fermentation
Fermentasi etanol
Fermentasi
Katabolisme Lipid: Trigliserida
Betha-oxidation
Protein catabolism
Nucleotide catabolism
Katabolisme Purin
Overview of metabolism
5. Photoautotrophy
5.1. Absrorption of light energy
5.2. Oxygenic photosynthesis
53. Anoxygenic photosynthesis
Fotosintesis
Fotosintesis: Reaksi cahaya
Fotosintesis: reaksi cahaya
Light Reaction
Cyclic Photo-phosphorilation: animation
Anoxygenic photosynthesis