Bab 6 - Metabolisme Mikroba PDF

TK2562 – Mikrobiologi Industri dan Lingkungan Bab VI. Metabolisme Mikroba Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret  Mengapa energi diperlukan?  untuk...

TK2562 – Mikrobiologi Industri dan Lingkungan Bab VI. Metabolisme Mikroba Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret  Mengapa energi diperlukan?  untuk menjaga integritas struktural sel dengan memperbaiki kerusakan pada konstituennya  untuk mensintesis komponen seluler baru seperti asam nukleat, polisakarida dan enzim  untuk mengangkut zat-zat tertentu ke dalam sel dari lingkungannya  untuk tumbuh dan berkembang biak sel  untuk pergerakan sel metabolisme  istilah yang digunakan untuk menggambarkan semua reaksi biokimia yang terjadi di dalam sel.  termasuk reaksi yang melepaskan energi dan reaksi yang memanfaatkannya. Anabolisme Katabolisme reaksi yang terlibat dalam sintesis reaksi pemecahan molekul besar, makromolekul, membutuhkan terkait dengan pelepasan energi. input energi. 3  Metabolisme nutrisi dapat mengekstraksi energi dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP).  ATP dipecah menjadi ADP dan fosfat inorganik, energi yang dilepaskan digunakan untuk pemeliharaan, reproduksi dan kelangsungan hidup sel. 4 ENZYMES Metabolic Catalysts CATALYZING THE CHEMICAL REACTIONS OF LIFE enzim  Reaksi biokimia, meskipun sangat terorganisir dan kompleks, tidak dapat berlangsung tanpa protein khusus yang disebut enzim.  Enzim adalah contoh katalis, yaitu zat yang meningkatkan laju reaksi kimia, tanpa menjadi bagian dari produk atau dikonsumsi dalam reaksi. Enzim adalah katalis seluler. Membuat reaksi biokimia berlangsung berkali-kali lebih cepat daripada jika tidak terkatalisasi. 6 Reaksi pemecahan pati menjadi glukosa. a) Beberapa ikatan akan putus tanpa adanya enzim, prosesnya sangat lambat. b) Penambahan enzim (E) dapat mempercepat reaksi sehingga pemutusan ikatan terjadi sangat cepat. 7  Enzim merupakan protein berbentuk globular.  Struktur enzim merupakan tiga dimensi yang kompleks.  Enzim merupakan protein dengan berat molekul tinggi (15.000 s.d. jutaan Dalton)  Bekerja spesifik untuk mengkatalisasi reaksi kimia tertentu yang bertujuan untuk meningkatkan laju reaksi, tanpa mengalami perubahan berarti.  Reaksi dikatalisis pada sebagian kecil permukaan enzim yang disebut situs aktif (active site). Nitrogenase enzyme with Fe, Mo and ADP cofactors 8 klasifikasi enzim Klasifikasi dan penamaan didasarkan pada tipe reaksi yang dikatalisis No. Kelas Tipe Reaksi yang Dikatalisis 1. Oksidasereduktase Oksidasi-reduksi 2. Transferase Pemindahan gugus fungsional tertentu dari molekul donor ke molekul akseptor 3. Hidrolase Hidrolisis 4. Liase Pemecahan ikatan selain dengan cara hidrolisis atau oksidasi 5. Isomerase Isomerisasi 6. Ligase Pembentukan ikatan akibat kondensasi dua senyawa yang berbeda dengan energi yang disediakan dari hasil penguraian ATP  komponen enzim Enzim terdiri dari unit apoenzim dan holoenzim.  Apoenzim merupakan penyusun utama enzim, yaitu bagian enzim aktif yang terdiri atas protein yang bersifat tidak stabil dan mudah berubah.  Holoenzim memiliki gugus non protein, untuk menjaga fungsi enzim tetap stabil dan normal. kofaktor  terdiri atas ion logam. koenzim  terdiri atas molekul organik nonprotein. 10 11 cara kerja enzim  Enzim memiliki sisi aktif, tempat terjadinya reaksi dengan substrat.  Sisi aktif sebuah enzim bersifat spesifik terhadap substrat.  Bentuk dan lingkungan kimiawi dalam sisi aktif memungkinkan reaksi kimia dapat berlangsung dengan jauh lebih mudah. 12  Untuk terjadinya suatu reaksi kimiawi diperlukan adanya input energi minimum yaitu Energi Aktivasi.  Pada reaksi kimia umumnya, meningkatkan temperatur dapat mempercepat gerak molekul sehingga reaksi lebih cepat terjadi. 13  Menurunkan Energi Tetapi, sistem biologis Meningkatkan laju/ Aktivasi untuk sangat sensitif terhadap kecepatan reaksi tanpa mempercepat kenaikan temperatur. menaikkan temperatur terjadinya reaksi Menciptakan jalur (pathway) baru untuk terjadinya suatu reaksi  membentuk kompleks enzim-substrat. 14 model mekanisme kerja enzim Enzim merupakan katalis yang bekerja spesifik. LOCK AND KEY MODEL  Adanya kesesuaian antara sisi aktif enzim dan bentuk ruang substrat menyebabkan terjadinya reaksi katalisis.  Molekul substrat yang relatif kecil, cocok dengan sisi aktif enzim.  Substrat (kunci) masuk ke dalam sisi aktif enzim (gembok) sehingga terjadi kompleks enzim-substrat. 15 INDUCED FIT MODEL  Penyempurnaan Lock and Key Model.  Sisi aktif enzim pada mulanya belum sesuai dengan bentuk substrat, namun setelah substrat menempel pada bagian tertentu dari sisi aktif, hal ini akan menginduksi sisi aktif untuk menyesuaikan bentuknya dengan substrat. 16 LOCK AND KEY MODEL INDUCED FIT MODEL 17 Reaksi enzimatis: 18 faktor yang mempengaruhi kerja enzim Laju atau kecepatan enzim mengubah substratnya menjadi produk, dipengaruhi oleh: 1. SUHU 2. PH 3. KONSENTRASI SUBSTRAT 4. INHIBITOR 19  1. Suhu  Pada reaksi enzimatis, laju reaksi meningkat seiring kenaikan suhu, hingga tercapainya suhu optimal.  Di atas suhu optimal, laju reaksi akan turun drastis.  Hal ini menyebabkan terjadinya denaturasi protein, rusaknya struktur, terbukanya lipatan-lipatan 3D protein enzim.  Terjadi perubahan dalam konfigurasi situs aktif, dan hilangnya sifat katalitik. 20  Di atas Topt , terjadi Laju reaksi meningkat penurunan tajam dari seiring kenaikan suhu laju reaksi karena (sebelum Topt tercapai) denaturasi termal. 21  2. pH  Menyebabkan perubahan struktur protein 3D.  Perubahan pH mempengaruhi ionisasi gugus asam amino di situs aktif  denaturasi, perubahan dalam bentuk enzim dan penurunan sifat katalitik.  Enzim memiliki nilai pH optimal yang paling efektif untuk reaksi.  Toleransi suatu mikroba terhadap suhu dan pH, diturunkan ke enzim turunannya. 22  3. konsentrasi substrat  Saat sisi aktif dari enzim belum mencapai tingkat jenuh, kenaikan konsentrasi substrat akan seiring dengan laju reaksi enzimatis.  Ada masa dimana penambahan substrat tidak berpengaruh terhadap laju reaksi.  Hal ini terjadi karena semua situs aktif telah ditempati  enzim jenuh  laju reaksi maksimum (Vmax) 23  Saat sisi aktif enzim jenuh terhadap substrat, laju reaksi maksimum tercapai.  Laju tidak bisa meningkat, tidak peduli berapa banyak substrat yang ditambahkan. Km = konstanta Michaelis-Menten (Ukuran afinitas yang dimiliki enzim untuk substratnya) S = konsentrasi substrat V = laju reaksi Vmax = laju maksimum 24  Penentuan nilai Km dan Vm Double Resiprocal Plot (Lineweaver Burk Plot) 25  4. inhibitor  Inhibitor: Zat yang dapat mengganggu kemampuan enzim untuk mengkatalisasi suatu reaksi.  Ada 2 jenis inhibisi reversible:  Competitive  Non-competitive  Jenis inhibisi irreversible disebabkan oleh pembentukan ikatan kovalen yang kuat antara inhibitor dan asam amino pada enzim. 26  COMPETITIVE INHIBITION  Inhibitor bersaing dengan substrat untuk akses menuju ke sisi aktif enzim.  Struktur molekul inhibitor cukup mirip dengan substrat sehingga dapat masuk ke sisi aktif. Mengurangi afinitas enzim terhadap substrat (Km naik).  Jika situs aktif ditempati oleh molekul inhibitor  membentuk kompleks enzim- substrat [EI].  Vm tetap, Km naik (afinitas enzim thd substrat menurun) 27 28  COMPETITIVE INHIBITION  Adanya inhibitor kompetitif ditunjukkan pada kurva bawah.  Vmax dapat tercapai, tetapi nilai Km actual-nya meningkat.  Artinya: berkurangnya (menurunnya) afinitas enzim terhadap substratnya berkurang. 29 NONCOMPETITIVE INHIBITION  Inhibitor bertindak dengan mengikat bagian enzim selain sisi aktif.  Tidak mengurangi afinitas enzim pada substrat (Km tetap), tapi mengurangi laju pembentukan produk (Vm turun).  Dapat berikatan dengan kompleks [EI] atau enzim bebas [E].  Vm turun, Km tetap. 30 NONCOMPETITIVE INHIBITION  Digambarkan dengan kurva yang lebih rendah (cetak tebal).  Karena produk tidak terbentuk maksimal, karena adanya inhibitor non-kompetitif.  Vmax tidak tercapai, dan nilai Km tidak berubah 31