METABOLISME MIKROORGANISME
BY: JULIANTY S. SIBUEA
Perbedaan enzim ekstraseluler dengan enzim intraseluler
Sekalipun semua enzim pada mulanya dihasilkan di dalam sel, beberapa enzim diekspresikan melalui dinding sel dan dapat berfungsi di luar sel. Ada dua tipe enzim, eksoenzim atau enzim eksraseluler atau enzim di luar sel dan endoenzim atau enzim intraseluler atau enzim di dalam sel.
Berdasarkan tempat bekerjanya, bakteri memiliki juga jenis enzim yaitu endoenzim dan eksoenzim. Endoenzim yaitu enzim yang berkerja dalam sel. Sistem endoenzim selain bersifat anabolik dapat juga bersifat katabolik.sedangkan eksoenzim yaitu enzim yang disekresikan ke luar sel dan berdifusi ke dalam media. Sebagian besar eksoenzim bersifat hidroliktik, yang berarti bahwa eksoenzim menguraikan molekul kompleks menjadi molekul-molekul lebih sederhana. Molekul-molekul yang lebih kecil ini kemudian dapat memasuki sel dan digunakan untuk kepentingan sel.
(Waluyo, 2004).
| Pembeda | Enzim Ektraseluler | Enzim Intraseluler |
| Sebutan lain Tempat kerjanya Sifat enzim Fungsi Utamanya Reaksi yang dilakukan Energi yang dibebaskan Energi | - Eksoenzim - - Aktifitasnya di luar sel yang menghasilkan enzim. - - Sebagian besar eksoenzim bersifat hidroliktik, yang berarti bahwa eksoenzim menguraikan molekul kompleks menjadi molekul-molekul yang lebih sederhana - Atau molekul yang lebih kecil. - - Melangsungkan perubahan perubahan pada nutrien di sekitarnya sehingga memungkinkan nutrien tersebut memasuki sel; dengan perkaaan lain mengambil zat makanan zat makanan yang ada di sekililingnya. Misalnya, enzim amilase menguraikan zat pati menjadi unit-unit gula yang lebih kecil. (Waluyo. 2004) Melakukan reaksi dan hidrolisis Membebaskan hanya sejumlah kecil energi. Energi yang dibebaskan tidak berguna bagi sel. (Tarigan, 1988) | - Endoenzim - - Aktifitasnya di dalam sel - Bersifat anabolik dapat juga bersifat katabolik - Enzim intraseluler mensintesis bahan seluler dan menguraikan nutrien untuk menyediakan energi yang dibutuhkan oleh sel, misalnya heksokinase mengkatalisis fosforilasi glukosa dan heksosa (senyawa-senyawa gula sederhana) di dalam sel. - (Waluyo. 2004) Melakukan reaksi oksidasi dan reduksi Membebaskan sejumlah besar energi. Energi yang dihasilkan berguna atau dimanfaatkan oleh sel mikroorganisme. (Tarigan, 1988) |
Perbedaan penghambat enzinm komtetituf dengan penghambat enzim non komtetitf.
Pada banyak organisme, inhibitor dapat merupakan bagian dari mekanisme umpan balik. Jika enzim memproduksi terlalu banyak produk, produk tersebut dapat berperan sebagai inhibitor bagi enzim tersebut. Hal ini akan menyebabkan produksi produk melambat atau berhenti. Bentuk umpan balik ini adalah umpan balik negatif. Enzim memiliki bentuk regulasi seperti ini sering kali multimerik dan mempunyai tapak ikat alosterik. Kurva substrat/kelajuan enzim ini tidak berbentuk hiperbola melainkan berbentuk S.
 |
http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Berkas:Competitive_inhibition.svg&filetimestamp=20080528183227
Inhibisi kompetitif
Pada inihibisi kompetitif, inhibitor dan substrat berkompetisi untuk berikatan dengan enzim. Seringkali inhibitor kompetitif memiliki struktur yang sangat mirip dengan substrat asli enzim. Sebagai contoh, metotreksat adalah inihibitor kompetitif untuk enzim dihidrofolat reduktase. Kemiripan antara struktur asam folat dengan obat ini ditunjukkan oleh gambar di samping bawah. Perhatikan bahwa pengikatan inhibitor tidaklah perlu terjadi pada tapak pengikatan substrat apabila pengikatan inihibitor mengubah konformasi enzim, sehingga menghalangi pengikatan substrat. Pada inhibisi kompetitif, kelajuan maksimal reaksi tidak berubah, namun memerlukan konsentrasi substrat yang lebih tinggi untuk mencapai kelajuan maksimal tersebut, sehingga meningkatkan Km.
Inhibisi tak kompetitif
Pada inhibisi tak kompetitif, inhibitor tidak dapat berikatan dengan enzim bebas, namun hanya dapat dengan komples ES. Kompleks EIS yang terbentuk kemudian menjadi tidak aktif. Jenis inhibisi ini sangat jarang, namun dapat terjadi pada enzim-enzim multimerik.
Inhibisi non-kompetitif
Inhibitor non-kompetitif dapat mengikat enzim pada saat yang sama substrat berikatan dengan enzim. Baik kompleks EI dan EIS tidak aktif. Karena inhibitor tidak dapat dilawan dengan peningkatan konsentrasi substrat, Vmax reaksi berubah. Namun, karena substrat masih dapat mengikat enzim, Kmtetaplah sama.
Inhibisi campuran
Inhibisis jenis ini mirip dengan inhibisi non-kompetitif, kecuali kompleks EIS memiliki aktivitas enzimatik residual.
Pada inhibitor kompetitif, inhibitor akan bersaing dengan sunstrat untuk bergabung dengan enzim sehingga kerja enzim akan terganggu. Sementara itu, inhibitor nonkompetitif,tidak akan bersaing dengan substrat untuk bergabung dengan enzim karena memiliki sisi ikatan yang berbeda.
http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Berkas:Inhibition.png&filetimestamp=20080205204432
| Pembeda | penghambat enzim komtetitf (Inhibitor Kompetitif) | penghambat enzim non kompetitif (Inhibitor Non-kompetitif) |
| Reaksi terhadap substrat Sisi aktif enzim Kelajuan maksimal reaksi Contoh | Inhibitor kompetitif akan bersaing dengan substrat untuk bergabung dengan enzim sehingga kerja enzim akan terganggu. Inhibitor kompetitif mengikat enzim secara reversibel, menghalangi pengikatan substrat. Pada penghambatan ini zat – zat penghambat mempunyai struktur yang mirip dengan struktur substrat. Dengan demikian baik substrat maupun zat penghambat berkompetisi atau bersaing untuk bersatu dengan sisi aktif enzim , jika zat penghambat lebih dulu berikatan dengan sisi aktif enzim , maka substratnya tidak dapat lagi berikatan dengan sisi aktif enzim. Pada inhibitor kompetitif, kelajuan maksimal reaksi tidak berubah, namun memerlukan konsentrasi substrat yang lebih tinggi untuk mencapai kelajuan maksimal tersebut, sehingga meningkatkan Km. (Fardiaz. 1992) Kegiatan enzim dehidrogenase asam suksinat dihambat oleh asam melonat, sebab molekul asam malonat serupa dengan asam suksinat yaitu mempunyai 2 gugusan OH. Karena struktur dari kedua molekul asam ini hampir sama , maka asam malonat akan diikat pula oleh enzim dehidrogenase asam suksinat. Akan tetapi karena asam melonat tidak dapat dimetabolisir lebih lanjut, maka ikatan asam malonat dengan enzim tidak mudah dilepaskan. Dengan terbentuknya ikatan yang kuat ini, menyebabkan adanya persaingan yang ketat antara asam malonat dengan asam suksinat pada permukaan enzim. (Tarigan.1988) | Inhibitor nonkompetitif tidak akan bersaing dengan substrat untuk bergabung dengan enzim karena memiliki sisi ikatan yang berbeda. Pada Inhibitor Non-kompetitif pengikatan substrat juga menghalangi pengikatan inhibitor. Substrat dan inhibitor berkompetisi satu sama lainnya. Pada penghambatan ini, substrat sudah tidak dapat berikatan dengan kompleks enzim- inhibitor, karena sisi aktif enzim berubah. Karena inhibitor tidak dapat dilawan dengan peningkatan konsentrasi substrat, Vmax reaksi berubah. Namun, karena substrat masih dapat mengikat enzim, Kmtetaplah sama. (Fardiaz. 1992) Sulfanida (obat sulfa) dapat menghambat kegiaan enzim yang substratnya adalah asam paraaminobenzoat (paraaminobenzoic acid) yang dalam buku literatur disebut PABA saja. PABA merupakan nutrien esensial yang digunakan oleh banyak bakeri dalam sintesis asam folat (folat acid), suatu vitamin yang berfingsi sebagai koenzim. Apabila sulfanilamida diperlakukan kepada bakteri, maka enzim yang biasa dapat merubah PABA menjadi folat, akan bersenyawa dengan sulfanilamida dan asam folat tidak terbentuk sehingga bakteri tidak dapat tumbuh. Sel-sel tubuh manusia tidak menggunkan PABA untuk membentuk asam folat, sehingga sulfanilamida membunuh bakteri, akan tetapi tidak merusakkan sel-sel tubuh manusia. (Tarigan.1988) |
Contoh reaksi Inhibitor KompetitifContoh reaksi Inhibitor Non-Kompetitifhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Berkas:Inhibition.png&filetimestamp=20080205204432
Menurut mekanisme kegiatannya, inhibior atau penghambat enzim dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:
- Inhibitor Kompetitif
- Inhibitor Non-kompetitif
 |
Tabel perbedaan
Cara kerja Inhibitor Kompetitif dengan Inhibitor Non-kmpetitif
Perbedaan produksi energi secara anaerob dengan produksi energi secara aerob
Fermentasi diperkirakan menjadi cara untuk menghasilkan energi pada organisme purba sebelum oksigen berada pada konsentrasi tinggi di atmosfer seperti saat ini, sehingga fermentasi merupakan bentuk purba dari produksi energi sel.
Produk fermentasi mengandung energi kimia yang tidak teroksidasi penuh tetapi tidak dapat mengalami metabolisme lebih jauh tanpa oksigen atau akseptor elektron lainnya (yang lebih highly-oxidized) sehingga cenderung dianggap produk sampah (buangan). Konsekwensinya adalah bahwa produksi ATP dari fermentasi menjadi kurang effisien dibandingkan oxidative phosphorylation, di mana pirufat teroksidasi penuh menjadi karbon dioksida. Fermentasi menghasilkan dua molekul ATP per molekul glukosa bila dibandingkan dengan 36 ATP yang dihasilkan respirasi aerobik.
"Glikolisis aerobik" adalah metode yang dilakukan oleh sel otot untuk memproduksi energi intensitas rendah selama periode di mana oksigen berlimpah. Pada keadaan rendah oksigen, makhluk bertulang belakang (vertebrata) menggunakan "glikolisis anaerobik" yang lebih cepat tetapi kurang effisisen untuk menghasilkan ATP. Kecepatan menghasilkan ATP-nya 100 kali lebih cepat daripada oxidative phosphorylation. Walaupun fermentasi sangat membantu dalam waktu pendek dan intensitas tinggi untuk bekerja, ia tidak dapat bertahan dalam jangka waktu lama pada organisme aerobik yang kompleks. Sebagai contoh, pada manusia, fermentasi asam laktat hanya mampu menyediakan energi selama 30 detik hingga 2 menit.
Tahap akhir dari fermentasi adalah konversi piruvat ke produk fermentasi akhir. Tahap ini tidak menghasilkan energi tetapi sangat penting bagi sel anaerobik karena tahap ini meregenerasi nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+), yang diperlukan untuk glikolisis. Ia diperlukan untuk fungsi sel normal karena glikolisis merupakan satu-satunya sumber ATP dalam kondisi anaerobik.
(Timotius.1982)
| Pembeda | Produksi energi secara anaerob | Produksi energi secara aerob |
| Pengertian Contoh Kebutuhan akan Oksigen Waktu istirahat Kerentangan Kecepatan reaksi | Aktivitas anaerobik merupakan aktivitas dengan intensitas tinggi yang membutuhkan energy secara cepat dalam waktu yang singkat namun tidak dapat dilakukan secara kontinu untuk durasi waktu yang lama. Fermentasi Tidak membutuhkan adanya oksigen. Aktivitas ini biasanya juga akan membutuhkan interval istirahat agar ATP dapat diregenerasi sehingga kegiatannya dapat dilanjutkan kembali. Fermentasi asam laktat hanya mampu menyediakan energi selama 30 detik hingga 2 menit. Proses metabolisme energi secara anaerobik dapat menghasilkan ATP dengan laju yang lebih cepat jika dibandingkan dengan metabolisme energi secara aerobik. Proses metabolisme energi secara anaerobik dapat menyediakan ATP dengan cepat namun hanya untuk waktu yang terbatas yaitu hanya sekitar ±90 detik. | Aktifitas aerobik merupakan proses metabolisme yang membutuhkan kehadiran oksigen (O ) agar prosesnya dapat berjalan dengan sempurna untuk menghasilkan ATP. Respirasi Proses metabolisme energi secara aerobik merupakan proses metabolisme yang membutuhkan kehadiran oksigen (O ) agar prosesnya dapat berjalan dengan sempurna untuk menghasilkan ATP. Relatif tidak membutuhkan istirahat. Kecepatan menghasilkan ATP-nya 100 kali lebih cepat daripada oxidative phosphorylation. Metabolisme aerob lebih lambat dalam menghasilkan ATP namun memproduksi ATP dalam jumlah yang banyak dalam jangka waktu yang lama. |
SINTESIS ATP (Adenosin Tri Phosphat)
PEMBENTUKAN ATP SECARA RESPIRASI (MELALUI ATPsintase)
Jumlah ATP yang dihasilkan transfer elektron dari donor sampai akseptor terakhir bervariasi tergantung jenis donornya. Jumlah ATP yang disintesis melalui ATPsintase per 2 elektron dan akseptor elektron adalah oksigen, dilambangkan dengan P/O. Jika akseptor elektron bukan oksigen, maka dilambangkan dengan P/2e-.
Jumlah proton yang kembali melalui kanal ATPsintase yang dikopling dengan sintesis ATP (dilambangkan H+/ATP) bervariasi, yaitu 2-4 proton digunakan untuk menyintesis 1 ATP (Gambar 10.14). Terdapat konsensus bahwa nilai H+/ATP mitokondria adalah 3. Karena mitokondria mampu memindah proton sebanyak 10 proton dan nilai H+/ATP adalah 3, maka nilai P/O-nya adalah 3,3.
Gambar 10.14 Jumlah ATP ditentukan oleh rasio proton yang dipindahkan (yH+) dengan proton yang kembali melaluai ATPase (xH+).
(Dwidjoseputro,1998)
Perbedaan energi (ATP) yang dihasilkan masing-masing prokariota di samping tergantung pada jenis pembawa elektron yang mampu memindahkan proton, juga tergantung pada asosiasi kompleks respirasi dengan membran sel. Sitokrom c yang terbenam di membran sel, mempunyai aktivitas perpindahan proton lebih kecil dibandingkan sitokrom c periplasmik.
Molekul ATP adalah molekul berenergi tinggi. Merupakan ikatan tiga molekulfosfat dengan senyawa Adenosin. Ikatan kimianya labil, mudah melepaskan gugus fosfatnya meskipun digolongkan sebagai molekul berenergi tinggi. Perubahan ATP menjadi ADP (Adenosin Tri Phosphat) diikuti dengan pembebasan energi sebanyak 7,3 kalori/mol ATP. Peristiwa perubahan ATP menjadi ADP merupakan reaksi yang dapat balik.ATP sintase. Saluran proton FO dan "tangkai" ditunjukkan dengan warna biru, domain sintase F1 ditunjukkan dengan warna merah, dan membran ditunjukkan dengan warna abu-abu. ATP sintase, juga disebut kompleks V, adalah enzim terakhir dalam lintasan fosforilasi oksidatif. Enzim ini ditemukan di seluruh organisme hidup dan berfungsi sama pada prokariota maupun eukariota. Enzim ini menggunakan energi yang tersimpan pada gradien proton di sepanjang membran untuk mendorong sintesis ATP dari ADP dan fosfat (Pi). Perkiraan jumlah proton yang diperlukan untuk mensintesis satu ATP berkisar antara tiga sampai dengan empat, dengan beberapa peneliti yang mensugestikan bahwa sel dapat memvariasikan rasio ini sesuai dengan kondisi.
Reaksi fosforilasi ini adalah reaksi kesetimbangan, yakni ia dapat digeser dengan mengubah gaya gerak proton. Dengan ketiadaan gaya gerak proton, reaksi ATP sintase akan berjalan dari sisi kanan ke kiri, menghidrolisis ATP dan memompa proton keluar dari matriks melewati membran. Namun, ketika gaya gerak protonnya tinggi, reaks dipaksa untuk berjalan secara terbalik, yaitu dari sisi kanan ke kiri, mengijinkan proton mengalir dan mengubah ADP menjadi ATP.
ATP sintase adalah sebuah kompleks protein yang besar dengan bentuk seperti jamur. Kompleks enzim ini pada mamalia mengandung 16 subunit dan memiliki massa kira-kira 600 kilodalton. Bagian yang tertanam pada membran disebut FO dan mengandung sebuah cincin subunit c dan saluran proton. "Tangkai" dan kepala yang berbentuk bola disebut F1 dan merupakan tempat sintesis ATP. Kompleks yang berbentuk bola pada ujung akhir F1 mengandung enam protein yang dapat dibagi menjadi dua jenis: tiga subunit α dan tiga subunit β), manakala bagian "tangkai" terdiri dari satu protein: subunit γ, dengan ujung tangkai menusuk ke dalam bola subunit α dan β. Baik subunit α dan β mengikat nukleotida, namun hanya subunit β yang mengkatalisis reaksi sintesis ATP. Di samping F1 pula terdapat sebuah subunit berbentuk batang yang menghubungakan subunit α dan β dengan dasar enzim.
Seiring dengan mengalirnya proton melewati membran melalui saluran ini, motor FO berotasi. Rotasi dapat disebabkan oleh perubahan pada ionisasi asam amino cincin subunit c, menyebabkan interaksi elektrosatik yang menolak cincin subunit c. Cincin yang berotasi ini pada akhirnya akan memutar "as roda" (tangkai subunit γ). Subunit α dan β dihalangi untuk berputar oleh batang samping yang berfungsi sebagai stator. Pergerakan ujung subunit γ yang berada dalam bola subunit α dan β memberikan energi agar tapak aktif pada subunit β menjalankan siklus pergerakan yang memproduksi dan kemudian melepaskan ATP.
Mekanisme ATP sintase. ATP ditunjukkan dengan warna merah, ADP dan fosfat dalam warna merah jambu, dan subunit γ yang berputar dalam warna hitam. Reaksi sintesis ATP ini disebut sebagai mekanisme perubahan ikatan (binding change mechanism) dan melibatkan tapak aktif subunit β yang berputar terus dalam tiga keadaan. Pada keadaan "terbuka", ADP dan fosfat memasuki tapa aktif (ditunjukkan dalam warna coklat pada diagram). Protein kemudian menutup dan mengikat ADP dan fosfat secara longgar (keadaan "longgar" ditunjukkan dalam warna merah). Enzim kemudian berubah bentuk lagi dan memaksa kedua molekul ini bersama, dengan tapak aktif dalam keadaan "ketat" (ditunjukan dalam warna merah jambu) dan mengikat molekul ATP yang terbentuk. Tapak aktif kemudian kembali lagi ke keadaan terbuka dan melepaskan ATP untuk kemudian mengikat ADP dan fosfat, dan memulai siklus yang baru.
Pada beberapa bakteri dan arkaea, sintesis ATP didorong oleh pergerakan ion natrium yang melalui membran sel daripada pergerakan proton. Arkaea seperti Methanococcus juga mengandung A1Ao sintase, sebuah bentuk enzim yang mengandung protein tambahan dengan kemiripan urutan asam amino yang kecil dengan subunit ATP sintase bakteri dan eukariota lainnya. Adalah mungkin bahwa pada beberapa spesies, bentuk enzim A1Ao adalah ATP-sintase terspesialisasi yang digerakkan oleh natrium,namun ini tidaklah benar pada keseluruhan kasus.
Referensi:
Anonim,2007.http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Berkas:Competitive_inh
bition.svg&filetimestamp=20080528183227 diakses pada tanggal 7 April 2011
Anonim,2008:http://hafizluengdaneun.multiply.com/journal/item/1/Laporan_Koasistensi_Mikrobiologi_ Diakses hari selasa, Pukul 11.45
terhadap-aktivitas.html diakses pada tanggal 7 April 2011
Dwidjoseputro, S. 1998. Dasar-dasar Mikrobiologi.Jakarta : Erlangga.
Fardiaz, S. 1992. Mikrobiologi Pangan 1. Gramedia Pustaka Utama: Jakarta
Waluyo, L. 2004. Mikrobiologi Umum. Malang: Universitas Muhamadiyah
Malang
Timotius, K.H. 1982. Mikrobiologi Dasar. Salatiga: Universitas Kristen
Satya Wacana
http://baking-management.com/ingredients/enzymes-101/
Tidak ada komentar:
Posting Komentar