Hasil Metabolisme Bakteri

Metabolisme terjadi pada semua mahluk hidup termasuk kehidupan mikroba. Metabolisme merupakan serentetan reaksi kimia yang terjadi dalam sel hidup. Dalam metabolisme ada dua fase yaitu katabolisme dan anabolisme. Metabolime selalu terjadi dalam sel hidup karena di dalam sel hidup terdapat enzim yang diperlukan untuk membantu berbagai reaksi kimia yang terjadi. Kegiatan metabolisme meliputi proses perubahan yang dilakukan untuk sederetan reaksi enzim yang berurutan. Metabolisme mikroba meliputi semua reaksi biokimia yang terjadi dalam sel mikroba yang berperan penting dalam regenerasi energi dan metabolit.

Reaksi kimia yang tersusun dalam jalur-jalur metabolisme bercabang dengan tujuan mengubah satu bentuk molekul ke bentuk lainnya melalui rangkaian tahapan reaksi. Beberapa jalur metabolisme membebaskan energi dengan cara merombak molekul yang kompleks menjadi sederhana (katabolik). Sebaliknya jalur anabolik menggunakan energi untuk membangun molekul yang kompleks dari molekul yang lebih sederhana.

Bahan yang digunakan dalam metabolisme adalah sumber karbon, nitrogen, dan substrat yang bisa digunakan enzim sebagai penyedia elektron untuk melaksanakan proses reduksi biosintesis. Jalur respirasi seluler dan jalur fermentasi merupakan jalur katabolik (penghasil energi). Prosesnya menggunakan glukosa atau bahan organik lainnya menjadi produk yang lebih sederhana, sehingga menghasilkan energi untuk sintesis ATP. Selanjutnya ATP akan mentransfer gugus fosfat ke berbagai substrat dan memancingnya untuk bekerja. Agar pekerjaan tetap berlanjut, maka sel harus meregenerasi ATP. Berawal dari glukosa atau bahan organik lain, mengguapkan oksigen, respirasi seluler akan menghasilkan air, karbondioksida dan energi dalam bentuk ATP dan panas. Sel mengambil energi yang tersimpan dalam molekul senyawa organik melalui reaksi redoks, dimana suatu bahan, sebagian atau seluruhnya memindahkan elektron ke tempat lain. Elektron yang berasal dari molekul senyawa organik biasanya dilewatkan ke NAD+ yang akan mereduksinya menjadi NADH. Selanjutnya NADH melwatkannya ke rantai transpor elektron, yang menghantarkannya ke O2 dalam tahap pelepasan energi. Energi yang dilepas ini akan digunakan untuk membuat ATP.

Metabolisme terdiri dari dua proses yang berlawanan yang terja secara simultan.Reaksi tersebut adalah:

1. Sintesis protoplasma dan penggunaan energi yang disebut sebagai Anabolisme.

2. Oksidasi substrat diiringi dengan terbentuknya energi disebut dengan Katabolisme.

Metabolisme menghasilkan senyawa yang disebut Metabolit. Metabolit terbagi menjadi 2, metabolit primer, dan metabolit sekunder. Metabolit primer merupakan senyawa yang dihasilkanpada fase eksponensial dan digunakan untuk pertumbuhan bakteri tersebut yang berupa enzim (Amilase), Vitamin (vitamin D), peptidoglikan, nukleotida, protein. Metabolit primer merupakan metabolit yang diproduksi bakteri seperti enzim asam amino dan hasil fermentasi, yang berguna dalam pertumbuhan dan kelangsungan hidup bakteri itu sendiri. Metabolit sekunder merupakan senyawa yang dihasilkan pada fase pertumbuhan stasioner. Senyawa metabolit sekunder tidak digunakan untuk pertumbuhan bakteri, namun digunakan sebagai agensia pertanian yang berupa antibiotik (gramisidin), toxin (botulinin), pigmen (β-karotein), alkaloid (scytonemin). Metabolit sekunder dari mikroba ternyata merupakan bahan baku obat yang tak ternilai harganya, perlu terus menerus mendapat perhatian kita semua. Pemanfaatan teknologi bioteknologi terhadap mikroba di rasa sangat membantu untuk memperoleh metabolit sekunder. Produksi metabolit sekunder dapat dilakukan secara in vitro dalam skala besar. Demikian pula rekayasa genetika dan transformasi genetik dapat meningkatkan produksi metabolit sekunder. Peran mikroba yang dapat memproduksi metabolit sekunder berupa antibiotik dapat dilakukan dengan berbagai cara. Salah satunya dengan teknik fermentasi yang sangat potensial untuk terus dikembangkan guna memperoleh metabolit sekunder yang dapat digunakan untuk mengobati berbagai jenis penyakit.

 

Hasil Metabolisme Bakteri

Kondisi lingkungan yang dapat menghasilkan metabolit primer adalah dengan cara memperpendek fase lag dan memperpanjang fase eksponensial dengan cara menambahkan nutrien kunci). Kondisi lingkungan yang menghasilkan metabolit sekunder adalah dengan cara memperpanjang fase stasioner, membatasi suplai nutrient, dan menghadirkan bakteri patogen. Berikut adalah grafik dihasilkannya metabolit primer dan metabolit sekunder.

Dalam proses metabolisme terdapat senyawa utama yang akan disintesis menjadi senyawa baru yang disebut prekusor. Contohnya berupa Asam pimelat, Vitamin A, Beta alanin, Asam pentotenat, Purin, Pirimidin, Asam nukleat, Niasin, NAD, Asam pentotenat, Ko-A, Riboflafin. Cara memperoleh prekusor dapat diambil pada kepadatan sel yang rendah, pertumbuhan secara cepat dan oleh sebab itu metabolisme primer merupakan prioritas utama dan hanya pada saat pertumbuhan menjadi perlahan saat kepadatan sel tinggi, menyebabkan sel mengeluarkan banyak energi untuk bias memproduksi metabolit sekunder, yaitu berupa antibiotik. Banyak organisme yang memproduksi antibiotik justru kurang produktif dengan adanya kelebihan sumber karbon, seperti misalnya glukosa. Hal ini mengingatkan pada fenomena catabolite repression yang kita ketahui dalam E. coli. Untuk mengatasi katabolit repression, sumber karbon harus ditambahkan kedalam kultur medium dengan hati-hati.

Metabolit sekunder disintesis dari metabolit primer, jadi produksi lebih efesien dari antibotik memerlukan arus stabil dari prekursor. Dalam banyak kasus, produksi dari prekursor terjadi suatu regulasi yang mekanismenya telah diketahui. Sebuah contoh menarik bagaimana regulasi dari suplai prekursor dan bagaimana hal tersebut dapat mempengaruhi produksi antibiotik yaitu berupa kondisi kultur dari produksi α-asam aminoadipik, sebuah prekursor untuk biosintesis β-laktam. Dalam jamur, α-asam aminoadipik adalah intermediate dalam jalur biosintesis lisin, karena lisin merupakan produk akhir dari jalur biosintesis, dimana level dari lisinnya tinggi sehingga menutupi proses biosintesis dengan menghambat enzim pertama dari jalur (feedback inhibition). Hasilnya akan menyebabkan kekurangan intermediate yang ada di jalur, termasuk α-asam aminoadipik, jadi kehadiran dari lisin yang berlebih akan menghambat dengan kuat produksi penicillin dari fermentasi P. Chrysogenum, namun sebaliknya dengan penambahan lisin berlebihan menjadi stimulat pada produksi cephamisin C dari streptomyces. Hal ini disebabkan α-asam aminoadipik disintesis secara total melalui rute lain dalam eubacteria, lisin berfungsi sebagai precusor.

Metabolit primer yang diproduksi untuk pertumbuhan bakteri antara lain:

1. Enzim

Setiap organisme menghasilkan berbagai enzim, sebagian besar dihasilkan dalam jumlah yang kecil dan dilibatkan dalam proses seluler.  Bagaimanapun, enzim tertentu dihasilkan dalam jumlah yang besar oleh beberapa organisme, dan dibutuhkan dalam sel, dikeluarkan ke dalam medium. Enzim ekstraseluler biasanya dapat menguraikan bahan nutrien yang tak-larut misalnya selulosa, protein, pati, dan hasil pencernaan selanjutnya diangkut ke dalam sel, dimana enzim digunakan sebagai nutrien untuk pertumbuhan. Beberapa enzim ekstraseluler digunakan dalam makanan, perusahaan susu, pabrik obat, dan industri tekstil dan dihasilkan dalam jumlah yang besar melalui sintesis mikrobiologi. Enzim tersebut sering digunakan karena spesifisitas dan efisiensi pada reaksi katalisis yang dibutuhkan, pada suhu dan pH yang wajar. Reaksi yang sama dapat dicapai dengan bahan kimia yang umumnya membutuhkan kondisi suhu dan pH ekstrim, dan kurang efisien dan kurang spesifik. Secara komersial enzim dihasilkan dari fungi dan bakteri. Proses produksi biasanya aerobik, dan medium biakan sama dengan yang digunakan pada fermentasi antibiotik. Enzim itu sendiri umumnya hanya sedikit dibentuk selama fase pertumbuhan aktif tetapi akumulasi dalam jumlah besar terjadi selama fase stasioner pertumbuhan.

Enzim mikroorganisme dihasilkan dalam jumlah yang sangat banyak pada suatu industri dasar adalah protease bakteri, digunakan sebagai tambahan dalam deterjen pencuci. Sejak tahun 1969, 80% deterjen pencuci mengandung enzim, khususnya protease, juga amilase, lipase, reduktase, dan enzim lain. Tetapi mulai tahun 1971, penggunaannya menurun setelah terjadi alergi pada pemakai dan konsumen, sehingga dikembangkan teknik pemrosesan khusus misalnya ‘microencapsulation’ untuk menjamin pengolahan bebas-debu.

Enzim penting lain yang dibuat secara komersial adalah amilase dan glukoamilase, yang digunakan dalam produksi glukosa dari pati. Setelah dihasilkan glukosa, selanjutnya dengan bantuan glukosa isomerase akan diubah menjadi fruktosa (yang lebih manis dari glukosa dan sukrosa) dan menghasilkan produk akhir pemanis fruktosa-tinggi dari pati jagung, gandum, atau kentang. Penggunaan proses tersebut dalam industri makanan mengalami peningkatan, khususnya dalam produksi minuman ringan.

Hasil Metabolisme Bakteri

2. Asam sitrat dan Senyawa Organik lain

Beberapa senyawa organik dihasilkan oleh mikroorganisme dalam jumlah yang cukup sehingga dapat dibuat melalui fermentasi secara komersial. Asam sitrat, digunakan secara luas dalam makanan dan minuman, asam itakonat, digunakan dalam pembuatan resin akrilik, dan asam glukonat, digunakan dalam bentuk kalsium glukonat untuk mengobato defisiensi kalsium pada manusia dan dalam industri digunakan sebagai pelembut dan pencuci, dihasilkan oleh fungi. Sorbose dihasilkan ketika Acetobacter mengoksidasi sorbitol, digunakan dalam pembuatan asam askorbat, vitamin C. Gibberellin merupakan hormon pertumbuhan tanaman dihasilkan oleh fungi, digunakan untuk menstimulasi pertumbuhan tanaman, Dihidroksiaseton dihasilkan melalui oksidasi gliserol oleh Acetobacter, digunakansebagai pemoles tubuh saat berjemur (‘suntanning agents’) , Dextran, suatu getah yang digunakan untuk menggabungkan plasma-darah dan sebagai reagen biokimia, dan asam laktat digunakan dalam industri makanan untuk mengasamkan makanan dan minuman, dihasilkan oleh bakteri asam laktat. Aseton dan butanol dapat dihasilkan melalui fermentasi oleh Clostridium acetobutylicum tetapi saat ini diproduksi dari industri perminyakan melalui sintesis senyawa kimia secara ketat.
Hasil Metabolisme Bakteri

 

3. Vitamin

Vitamin digunakan sebagai tambahan pada makanan manusia dan pakan ternak. Sebagian besar vitamin dibuat secara komersial melalui sintesis bahan kimia. Sejumlah vitamin terlalu sulit disintesis dengan biaya murah tapi keuntungannya vitamin dapat dibuat dengan fermentasi mikrobial. Vitamin B12 dan riboflavin yang terpenting dalam kelompok vitamin.
Vitamin B12 , disintesis secara khusus di alam oleh mikroorganisme Kebutuhan vitamin ini pada hewan dipenuhi melalui ambilan makanan atau melalui absorpsi vitamin yang dihasilkan mikroorganisme dalam usus hewan. Tetapi pada manusia vitamin B12 diperoleh melalui makanan atau sebagai tambahan vitamin, karena seandainya vitamin ini disintesis oleh mikroorganisme dalam jumlah yang besar di dalam usus besar, tetapi tidak masuk ke dalam saluran darah.
Strain mikroorganisme dipilih dan digunakan untuk menghasilkan banyak vitamin. Anggota bakteri dari genus Propionibacterium menghasilkan vitamin mulai dari 19-23 mg/liter pada proses dua-tahap, sedangkan bakteri lain, Pseudomonas denitrificans menghasilkan 60 mg/liter pada proses satu-tahap yang menggunakan molase gula-bit sebagai sumber karbon. Vitamin B12 mngandung kobalt sebagai bagian esensial strukturnya, dan untuk meningkatkan produksi vitamin, dilakukan dengan menambahkan kobalt pada medium biakan.
Riboflavin disintesis oleh beberapa mikroorganisme, termasuk bakteri, fungi, dan ragi. Fungi Ashbya gossypii menghasilkan sejumlah besar riboflavin (> 7 gram/liter) dan oleh karena itu sering digunakan dalam proses produksi mikrobiologi. Hasil perolehan yang sangat banyak ini menyebabkan persaingan ekonomi tinggi di antara proses mikrobiologi dengan proses sintesis secara kimia.

4. Asam amino

Asam amino digunakan secara luas dalam industri makanan, tambahan pakan, dalam obat, dan sebagai bahan pemula pada industri kimia. Sebagian besar asam amino yang penting secara komersial adalah asam glutamat, yang digunakan untuk meningkatkan rasa. Dua asam amino yang juga penting, asam aspartat dan fenilalanin, yang menyusun bahan pemanis buatan, aspartat, merupakan unsur penting dalam minuman ringan diet dan makanan lain yang dijual sebagai produk bebas-gula. Lisin, merupakan asam amino esensial untuk manusia, dihasilkan oleh Brevibacterium flavum, juga digunakan sebagai tambahan makanan.
Meskipun sebagian besar asam amino dapat dibuat secara kimia, intesis bahan kimia menyebabkan pembentukan bentuk DL inaktif. Jika secara biokimia bentuk L dibutuhkan, maka diperlukan metode enzimatik atau metode mikrobiologi pada pembuatannya. Produksi asam amino secara mikrobiologi juga dapat melalui fermentasi langsung, dimana mikroorganisme menghasilkan asam amino dalam suatu proses fermentasi standar, atau melalui proses enzimatik, dimana mikroorganisme sebagai sumber enzim dan enzim tersebut digunakan dalam proses produksi.
Pembentukan metabolit sekunder tidak terlepas dari peran metabolit primer. Contoh dari metabolit Metabolit yang paling sering dibahas adalah antibiotik dan toxin. Kedua zat ini dihasilkan sebagai alat untuk mempertahankan diri demi kelangsungan hidupnya. Berikut dijelaskan menganai antibiotik dan toxin.
Hasil Metabolisme Bakteri

Hasil metabolit sekunder, diantaranya :

1. Antibiotika

Antibiotika merupakan senyawa kimia yang dihasilkan oleh mikroorganisme, dan dapat menghambat atau membunuh mikroorganisme lain. Perkembangan antibiotika sebagai zat untuk pengobatan penyakit infeksi lebih banyak mempengaruhi penggunaan obat dibandingkan dengan perkembangan antibiotik itu sendiri.

Antibiotika merupakan produk metabolisme sekunder. Meskipun hasilnya relatif rendah dalam sebagian besar industri fermentasi, tetapi karena aktivitas terapetiknya tinggi maka menjadi memiliki nilai ekonomik tinggi, oleh karena itu antibiotika dibuat secara komersial melalui fermentasi mikroba. Beberapa antibiotika dapat disintesis secara kimia, tetapi karena kompleksitas bahan kimia antibiotika dan cenderung menjadi mahal, maka tidak memungkinkan sintesis secara kimia dapat bersaing dengan fermentasi mikroorganisme.

Hasil Metabolisme Bakteri

 

Bakteri yang memiliki metabolisme Khusus

Methylothrophy

Bakteri kelompok methylotrophy biasa disebut bakteri methyltroph yanng merupakan kelompok bakteri yang dapat menggunakan Komponen C-1 sebagai sumber energi. Komponen ini meliputi methanol, methyl amines, formaldehyde, dan formate. Contohnya adalah methylomonas dan methylobacter.

Methanotrophs adalah tipe methylotroph yang juga dapat menggunakan metan (CH4) dan karbondioksida yang dioksidasi secara berurutan menjadi methanol, formaldehid, formate dan karbondioksida dengan menggunakan enzim metane monooksigenase contohnya methylococcus. Hal ini didukung dengan bakteri yang dapat memproduksi metane atau disebut metanogene dalam proses metanogenesis, contohnya methanococcus dan archea lainnya. Kedua bakteri ini hidup bersimbiosis.

Syntrophy

Syntrophy merupakan berbagai jenis spesies bakteri yang berhubungan dalam sebuah reaksi kimia, seperti proses oksidasi dari produk akhir fermentasi seperti asetat, ethanol dan butirat. Salah satu bakterinya adalah Syntrophomonas.

Baja juga : Bakteri penghasil antibiotik

Category: Ilmiah Tag:

About tohir

Ingin Belajar Sampai Dunia Alien, Bahwa berhenti belajar adalah kemunduran pemikiran. Tertarik pada hal baru yang mengundang penasaran.

Berkomentarlah dengan bijak,,No Spam !