5B_E-Modul Metabolisme Mikroorganisme

Metabolime MIKROORGANISME KD 3.8 Menjelaskan proses metabolisme sebagai reaksi enzimatis dalam makhluk hidup

KATA PENGANTAR DAFTAR ISI Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang iii Panduan e-modul Maha Esa., atas segala rahmat-Nya sehingga e-book 1 Sub-Bab 01 Enzim yang berjudul “Metabolisme Mikroorganisme” ini dapat 13 Sub-Bab 02 Metabolisme tersusun hingga selesai. E-modul ini ditujukan untuk 23 Sub-Bab 03 Katabolisme pelajar SMA maupun umun yang ingin mencari tahu 45 Sub-Bab 04 Fermentasi mengenai metabolisme yang terjadi pada 53 Sub-Bab 05 Fotosintesis mikroorganisme. 67 Sub-Bab 06 Kemolitotrophy 71 Glosarium Harapan kami sebagai penyusun, semoga e-modul ini 73 Daftar Pustaka dapat menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca. Maka dari itu kami berharap kedepannya iii dapat memperbaiki bentuk maupun menambah isi agar lebih baik lagi. Atas keterbatasan pengetahuan maupun pengalaman kami sebagai penyusun, kami yakin masih banyak kekurangan dalam e-modul ini. Oleh karena itu, kami sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca demi memperbaiki segala kekurangan pada e-book ini. Bandung, Juni 2023 Tim Penyusun ii

PANDUAN E-MODUL PANDUAN E-MODUL A. Judul Sub-bab materi E. Aktivitas Siswa Untuk mengetahui materi secara umum yang dibahas. Kegiatan/tantangan untuk B. Kata Kunci siswa berupa aktivitas menyimpulkan atau tindak Daftar pokok pembahasan dalam lanjut dari materi. sub-bab. C. Tujuan Pembelajaran F. Evaluasi Target pembelajaran Kumpulan pertanyaan pada tiap dari materi yang ada di sub-bab untuk meninjau sejauh sub-bab tersebut. mana tujuan tercapai. D. Materi Disertai Gambar dan Bagan G. Glosarium Penjelasan materi yang rinci dilengkapi bagan Pengertian kata-kata atau istilah dan gambar. yang ada dalam materi. iii iv

PANDUAN E-MODUL TIM PENYUSUN H. Kompetensi Dasar E-modul Pendidikan Biologi B 2021 KD kelas 11, mengenai metabolisme sebagai reaksi Angelia Putri enzimatis dalam makhluk hidup. Pada e-modul ini akan Dhea Tinde Fitriana Maharani dirincikan metabolisme yang terjadi di mikroorganisme disertai perbandingan dengan metabolisme organisme H aidar Helmi lainnya yang sudah umum dibahas Hana Mumtaz N isrina Najla Lafairuz I. Cakupan Materi P utri Fitriyani Azkiyah 01 Enzim : Penjelasan karakteristik enzim vi sebagai bagian penting dalam proses metabolisme sel. 02 Metabolisme : Prinsip dasar metabolisme sel. o3 Katabolisme : Penjelasan proses katabolisme secara umum dan yang terjadi pada mikroorganisme. 04 Fermentasi : Penjelasan prinsip fermentasi sebagai bagian dari katabolisme. 05 Fotosintesis : Penjelasan prinsip fotosintesis pada sel bakteri sebagai proses anabolisme 06 Kemolitotrophy : Penjelasan proses pembentukan energi dari bahan anorganik oleh bakteri. v

01 Enzim ENZIM Enzim adalah suatu senyawa kimia/protein khusus yang berperan sebagai katalisator Kata Kunci suatu reaksi kimia di dalam tubuh makhluk Enzim Reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam hidup. Enzim sebagai katalisator dapat Substrat metabolisme tersebut akan dipengaruhi Inhibitor lajunya oleh protein khusus yang disebut mempercepat suatu rekasi kimia yaitu enzim. Nah kalian tau gak sih yang dimaksud enzim itu? Yuk !!! kita bahas. dengan cara menurunkan energi aktivitasi. Enzim merupakan biokatalisator Enzim memiliki ciri dapat mempercepat reaksi Tujuan Pembelajaran kimia dalam tubuh atau yang dikenal reaksi Setelah mempelajari sub bab ini, siswa biokimia. Keseluruhan bagian enzim yang diharapkan dapat : disebut holoenzim tersusun atas dua 1. Menjelaskan apa itu enzim 2. Menjelaskan prinsip dasar enzim, komponen utama, yaitu komponen protein struktur, sifat, mekanisme kerja enzim (apoenzim) dan komponen nonprotein dan faktor-faktir yang mempengaruhi aktivitas enzim (gugus prostetik). Tata Nama Enzim Tatanama enzim yang lengkap menggunakan nama sunstrat dan reaksi yang di katalisis + akhiran -ae. misalnya enzim dehydrogenase. 1 2

KLASIFIKASI ENZIM KLASIFIKASI ENZIM Komisi Internasional dalam sistem tata nama 4. Liase enzim (IUB = International Union of Biochemistry) Enzim golongan liase adalah enzim yang menentukan 6 golongan enzim, dan dibagi menjadi mengakatalis penarikan gugus dari substrat yang sub golongan yang sesuai dengan reaksi yang menyebabkan timbulnya ikatan ganda atau reaksi dikatalisisnya serta ikatan yang dibentuk. sebaliknya. Enzim liase berkerja dengan ikatan C-C, Berdasarkan hal itu, maka klasifikasi enzim adalah: C-O, C-N, C-S dan C- halida. 1. Oksidoreduktase 5. Isomerase Enzim golongan oksidoreduktase berfungsi Enzim golongan isomerase mengkatalisis mengkatalisis reaksi pemindahan elektron dari gugus interkonversi isomer-isomer optik, geometrik atau CH-OH, CH-CH, C=O, CH-NH2. Dan CH=NH. posisi. 2. Transferase 6. Ligase Enzim golongan transferase berfungsi mengakatalis Enzim golongan ligase mengkatalisis penggabungan reaksi pemindahan gugus satu karbon, residu 2 senyawa, diikuti oleh pemecahan ikatan pirofosfat aldehid/keton, gugus yang mengandung asil, alkil, dalam ATP atau senyawa sejenis. Golongan ligase glikosil, fosfor atau sulfur. adalah enzim yang mengkatalisis reaksi pembentukan ikatan C-O, C-S, dan C-C. 3. Hidrolase Enzim golongan hidrolase ialah enzim yang (Wijaya, 2018) mengakatalis hidrolisis ikatan ester, peptide, glikosil, anhidrida,C-C, C-halida atau P-N. 4 3

SIFAT ENZIM MEKANISME ENZIM Sebagai biokatalisator, enzim memiliki beberapa sumber: alevelbiology.co.uk sifat antara lain: a. Model lock and key Cara kerja enzim mirip dengan mekanisme kunci dan 1.Enzim hanya mengubah kecepatan reaksi, anak kunci. Substrat memasuki sisi aktif enzim seperti artinya enzim tidak mengubag produk akhir anak kunci memasuki kunci gembok. Substrat tersebut, yang dibentuk atau mempengaruhu kemudian diubah menjadi produk. Produk ini kemudian keseimbangan. dilepaskan dari sisi aktif dan enzim siap menerima substrat baru. 2.Enzim bekerja secara spesifik, artinya enzim hanya mempengaruhi substrat tertentu. b, Model induced-fit Model Induced Fit, enzim melakukan penyesuaian 3.Enzim merupakan protein. Oleh karena itu, bentuk untuk berikatan dengan substrat. Molekul enzim enzim memiliki sifat seperti protein. Antara lain memiliki sisi aktif tempat melekatnya substrat dan bekerja pada suhu optimum, umumnya pada terbentuklah molekul kompleks enzim-substrat. suhu kamar. 6 4.Enzim diperlukan dalam jumlah sedikit. Sesuai dengan fungsinya sebagai katalisator, enzim diperlukan dalam jumlah yang sedikit 5.Enzim bekerja secara bolak-balik. Reaksi-reaksi yang dikendalikan enzim dapat berbalik, artinya enzim tidak menentukan arah reaksi tetapi hanya mempercepat laju reaksi 6.Enzim dipengaruhi oleh faktor lingkungan. 5

PENGHAMBAT KERJA ENZIM PENGHAMBAT KERJA ENZIM Molekul yang menghambat kerja enzim disebut Inhibitor non kompetitif inhibitor. Terdapat 2 macam inhibitor, yaitu : Zat penghambat pada sisi alosterik sehingga sisi Inhibitor kompetitif aktif enzim mengalami perubahan bentuk Zat penghambat memiliki bentuk seperti struktur sehingga enzim tidak dapat bergabung dengan subsrat, sehingga terdapat persaingan antar substrat. Tidak seperti inhibitor kompetitif, inhibitor inhibotor dan subtrat untuk bergabung dengan sisi ini tidak dapat dihilangkan dengan menambah aktif enzim. Inhibitor ini dapat dihilangan dengan substrat. menambah konsentrasi substrat. (Amin, 2019) Inhibitor kompetitif 8 7

FAKTOR YANG KLASIFIKASI ENZIM MEMPENGARUHI KERJA ENZIM 4. Suhu 1.konsentrasi Enzim Suhu optimum adalah suhu saat enzim memiliki aktivitas yang maksimum. Suhu dapat Konsentrasi enzim secara langsung mempengaruhi meningkatan laju reaksi enzimatik sampai batas kecepatan laju reaksi enzimatik dimana laju reaksi tertentu, karena suhu yang tinggi dapat meningkat dengan bertambahnya konsentrasi mengakibatkan denaturasi. enzim 5. pH Struktur ion enzim bergantung pada pH 2. Konsentrasu subsrat lingkungan, maka perubahan pH akan mempengaruhi aktivitas bagian aktif enzimdalan Terdapat hubungan antara aktivitas enzim dengan membentuk kompleks enzim-substrat. konsentrasi substrat. Pada konsentrasi substrat 6. Kofaktor logam yang terlalu rendah maka aktivitas katalitiknya pun rendah, dan sebaliknya dengan konsetrasi Kofaktor adalah suatu faktor yang membantu substrat meningkat maka aktivitas enzim keaktifan enzim. meningkat. 7. Pelarut organik 3. Inhibitor Penggunaan pelarut organik untuk kelarutan Inhibitor merupakan penurunan kecepatan rekasi substrat-organik dan enzim lebih tinggi dan enzimatik akibat adanya suatu senyawa dalam meningkatkan kestabilan enzim dengan pelarut. larutan enzim substrat. Cara kerja inhibitor adalah dengan menyerang sisi aktif enzim sehingga enzim 10 tidak berikatan lagi dengan substrat. 9

SIFAT DAN MEKANISME 3. Pengendalian yang berkaitan dengan energi, PENGENDALIAN ENZIM ligan penganturannya adalah reaksi-reaksi yang berkaitan dengan energi. 4.Sifat-sifat pengikatan enzim pengatur, tidak semua enzim termasuk enzim pengatur yang Aktivitas enzim dapat diatur melalui 2 cara, yaitu aktivitasnya dapat dikendalikan. Enzim dapat pengendalian katalis secara langsung dan dipengaruhi oleh metabolit pengatur, yang disebut pengendalian genetik. alosterik. Pengendalian Katalis Pengendalian Genetis Pengendalian genetis memiliki 2 proses, yaitu Pengendalian langsung katalis terjadi dengan induksi dan respresi enzim. Sintesis enzim mengubah konsentrasi substrat. Jika konsentrasi dibutuhkan suatu induser, yaitu substansi berberat substrat bertambah, maka laju rekasi meningkat molekul rendah dan substrat atau senyawa dari sampai tercapai batas tertentu dan jika produk reaksi katalis, proses ini disebut induksi. Jika menumpuk maka laju reaksi menurun. substansi berbelah molekul rendah baik produk Pengendalian langsung emalaui penggandengan ataupun senyawa yang masih berhubungan denga dengan proses lain, maksudnya penganturan yang reaksi yang terjadi, berlaku sebagai korepresspr dilakukan oleh ligan yang tidak terlibat dalam dengan cara, mencegah sintesis enzim tersebut, proses katalik. proses ini disebut represi. Terdapat 4 macam pengendalian, yaitu: 1.Hambatan arus balik, ligan pengaturanya (Suberata, 2021) adalah produk akhir suatu lintasan metabolik 12 yang dapat menghentikan sintesisnya dengan cara menghambat salah satu enzim. 2.Aktiviasi prekursor, ligan pengaturanya merupakan prekursor pertama suatu lintasan. 11

AKTIVITAS SISWA EVALUASI 1.Jelaskan yang dimaksud dengan enzim! 2. Sebutkan dan jelaskan mengenai teori cara Nah setelah membahas mengenai enzim, coba kerja enzim! jelaskan grafik diatas sesuai dengan pengetahuan 3. Apa yang dimaksud denaturasi? yang kamu dapatkan setelah membaca materi 4. Apa yang mempengaruhi kerja enzim dan enzim !! bagaimana cara kerjanya? 13 14

02 Metabolisme METABOLISME Kata Kunci Organisme membutuhkan energi dalam Metabolisme adalah semua proses reaksi kimia tubuhnya untuk dapat bertahan hidup. yang terjadi di dalam tubuh sel makhluk hidup. Metabolisme Energi dalam tubuh manusia didapatkan Reaksi kimia dapat melepaskan energi atau Anabolisme dari banyak reaksi kimia yang terjadi di membutuhkan energi, sehingga metabolisme Katabolisme dalam tubuh. Seperti apakah reaksi itu? dapat dikatakan sebagai proses penyeimbangan Mikroorgnis- Lewat sub bab ini, teman-teman akan energi (Retnangingrum, dkk., 2017) me mengetahuinya. Energi dari proses metabolisme diperlukan untuk Tujuan Pembelajaran 1.Sintesis bagian sel (dinding sel, membran sel dan substansi sel lainnya) Setelah mempelajari sub bab ini, siswa 2.Sintesis enzim, asam nukleat, polisakarida, diharapkan dapat : fosfolipid, atau komponen sel lainnya 3.Mempertahankan kondisi sel (optimal) dan 1.Menjelaskan apa itu metabolisme. memperbaiki bagian sel yang rusak 2.Menjelaskan seperti apa metabolisme 4.Pertumbuhan dan perbanyakan sel 5.Penyerapan unsur hara dan ekskresi senyawa anabolisme. yang tidak diperlukan (waste product) 3.Menjelaskan seperti apa metabolisme 6.Pergerakan (mobilitas) (Fifendy & Biomed, 2017) katabolisme. 4.Menjelaskan seperti apa metabolisme 16 pada mikr1o5organisme 15

METABOLISME METABOLISME Gambar 2.1 Hubungan antara reaksi anabolisme dan Respons anabolisme diperlukan untuk katabolisme pertumbuhan, reproduksi, dan perbaikan struktur sel. Contoh reaksi anabolisme Sumber : ekosistem.co.id adalah biosintesis makromolekul pembentuk sel, yaitu protein, karbohidrat, asam Metabolisme terdiri dari reaksi anabolisme nukleat, dan lipid dari monomer penyusunnya. dan katabolisme. Reaksi anabolisme adalah Reaksi katabolisme akan memberi reaksi biosintesis molekul kompleks dari organisme hidup energi untuk berbagai proses, seperti pergerakan, transportasi molekul sederhana, sehingga prosesnya nutrisi, dan energi untuk proses anabolisme. Contoh reaksi katabolik adalah pemecahan membutuhkan energi. Di sisi lain, reaksi glukosa menjadi CO2 atau asam laktat, melepaskan energi. Sebagian energi dari katabolisme adalah reaksi yang memecah reaksi katabolik disimpan sebagai ATP untuk melakukan reaksi anabolisme. molekul kompleks menjadi molekul (Retnangingrum, dkk., 2017) sederhana, sehingga reaksi tersebut 18 melepaskan energi. (Retnangingrum, dkk., 2017) 17

METABOLISME METABOLISME MIKROORGANISME MIKROORGANISME Perbedaan mikroba dengan tumbuhan dan Organisme autotrof menggunakan CO2 hewan adalah mikroba memiliki banyak sumber makanan. Beberapa mikroba dapat sebagai sumber karbon. Organisme ini juga menggunakan zat anorganik yang tidak dapat dilakukan tumbuhan dan hewan. disebut litotrof (pemakan batu). Sedangkan Mikroba dapat diklasifikasikan berdasarkan sumber energinya. Secara umum, ada dua organisme heterotrof disebut juga klasifikasi mikroba, yaitu: organotrof, organisme ini menggunakan 1.Organisme autotrof, dimana organisme ini menggunakan cahaya sebagai komponen organik sebagai sumber karbon. sumber energi utama dan terdapat pada mikroorganisme fotosintetik. Ketika energi dan sumber karbon 2.Organisme kemotrofik di mana digabungkan, organisme dapat organisme bergantung pada reaksi redoks komponen organik atau diklasifikasikan sebagai : anorganik, terutama sumber karbon, untuk produksi energi. (Murwani, 2015) Fotoautotrif 19 Fotoheterotrof Kemoautotrof Kemoheterotrof (Murwani, 2015) 20

METABOLISME AKTIVITAS SISWA MIKROORGANISME Berdasarkan diagram di samping dan sumber Gambar 2.2 Diagram Klasifikasi Mikroba berdasarkan lainnya, buatlah rangkuman klasifikasi sumber energi dan karbon mikroba berdasarkan energi dan karbon Sumber : polindo.ac.id menggunakan bahasamu sendiri 21 EVALUASI 1.Tuliskan definisi metabolisme dengan bahasamu sendiri! 2.Mengapa metabolisme disebut proses penyeimbangan energi? 3.Buatlah dan jelaskan diagram alur reaksi anabolisme! 4.Buatlah dan jelaskan diagram alur reaksi katabolisme! 5.Dengan apa mikroorganisme bakteri mendapatkan energi? 22

03 Katabolisme KATABOLISME Kata Kunci Kalian penasaran ngga sih, gimana cara Katabolisme disebut juga reaksi disimilasi atau peruraian bakteri memperoleh energinya? Nah, sama merupakan reaksi kimiawi yang membebaskan energi melalui Katabolisme seperti makhluk hidup lainnya bakteri juga perombakam nutrien (Pelczar, 2006). Reaksi ini menghasilkan Mikroorganisme memiiliki proses katabolisme lho. Benar, energi karena jika sel merombak ikatan kimiawi selama Aerobik katabolisme merupakan bagian dari metabolisme, maka akan ada energi yang dihasilkan untuk Anaerobik metabolisme. Kira-kira gimana, ya, prosesnya. melanjutkan proses biologis. Glikolisis Yuk, kita pelajari pada sub bab ini. Perombakan Katabolisme memiliki tujuan utama yaitu untuk membebaskan Penguraian Tujuan Pembelajaran energi yang terkandung dalam senyawa sumber. Katabolisme Jalur EMP terbagi menjadi dua berdasarkan lingkungannya yaitu aerob Jalur HMP Setelah mempelajari sub bab ini, siswa (penguraian suatu zat dalam lingkungan yang banyak Jalur ED diharapkan dapat : mengandung oksigen contohnya respirasi) dan aerob Jalur (lingkungan tanpa oksigen contohnya fermentasi). Nah, untuk fosfoketolase 1.Menjelaskan proses katabolisme pada sub bab ini, kita akan membahas apa itu produksi energi melalui mikroorganisme proses aerobik dan energi. 2.Menjelaskan jalur katabolisme secara KATABOLISME PADA MIKROORGANISME umum yang terdiri dari jalur karbohidrat, lipid, dan protein. Mikroorganisme heterofilik menghasilkan energi melalui proses oksidasi yang merupakan pelepasan elektron atau 3.Membandingkan jalur metabolisme secara atom hidrogen senyawa-senyawa anorganik. umum dengan jalur metabolisme pada Mikroorganisme fotosintetik memperoleh energi melalui mikroorganisme cahaya. 23 24

OKSIDASI DAN PRODUKSI ENERGI Lalu apa itu oksidasi? Oksidasi merupakan hilannya elektron dari suatu molekul. Oksidasi selalu beriringan seperti yang telah kita tau, sel memiliki kemampuan untuk dengan reduksi yaitu diperolehnya elektrib dari satu memperoleh energi dari nutrien dengan serangkaian proses molekul ke molekul lainnya. Oksidasi dapat disebut jga kimiawi yaitu oksidasi. Dalam proses ini, energi dapat sebagai dehidrogenasi, lho. Karena pada peristiwa inii dilepaskan dan membentuk ikatan-ikatan kimiawi kaya atom hidrogen (H) dan sebuah elektron menghilang. energi yang berada pada ATP untuk menyimpan energi Sehingga dapat kita ketahui bahwa senyawa yang telah yang dilepaskan. Energi dilepaskan dari ATP melalui proses teroksidasi akan kehilamgan atom hidrogen dan atom hidrolisis. Pada tahap in juga terdapat senyawa ADP elektron. (Adenin Diphosphate) yang terhidrollisis sebagai senyawa pemindah energi tinggi. Info Unik Oksidan (bahan pengoksidasi) akan menerima elektron dan tereduksi. Coba kalian lihat contoh di bawah ini yaa, ATP (Adenosin 3+ + e- 2+ Fe Fe trifosfat) disebut Ion feri Elektron Ion fero juga sebagai mata uang, lho. Berdasarkan contoh di atas, ion feri berperan sebagai Karena dapat pengoksidasi, ion ini menerima elektron dan tereduksi digunakan untuk menjadi ion fero. \"transaksi' 2+ 3+ + e- Fe Fe pertukaran energi di dalam sel. Ion fero Ion feri Elektron Gambar 3.1 Hidrolisis ADP Sedangkan pada reaksi ini, ion fero bertindak sebagai (Sumber: Pelczar, 2006) oksidan (bahan pengoksidasi) yang mengoksidasikan elektron dan teroksidasi menjadi ion feri. 25 26

Nah, dari contoh tersebut kalian dapat mengetahui bahwa ANAEROBIK kebalikan dari reaksi oksidasi adalah reaksi reduksi dan begitu pula sebaliknya. Setia pasangan substansi di atas Terdapat beberapa jalur mikroorganisme dalam disebut sebagai sistem oksidasi-reduksi (O/R). menghasilkan energi yaitu, glikolisis, lintasan pentose fosfat, dan fermentasi. Nah, kali ini kita akan membahas glikolisis Sistem OR memiliki kecenderungan untuk menerima dan lintasan pentose fosfat saja karena fermentasi akan elektron dari sistem OR lainnya yang disebut sebagai berada pada sub bab selanjutnya. potensi elektro motif Eo’. Semakin tinggi nilai Eo maka semakin besar kecenderungan sistem untuk menerima GLIKOLISIS elektron atau dapat disimpulkan pula memiliki kemampuan Umumnya bakteri melalui proses glikolisis. Bakteri termofilik mengoksidasi yang semakin besar. dapat menggunakan berbagai senyawa organik sebagai sumber energi. Senyawa ini mengandung karbohidrat, asam Jika suatu sistem OR mengoksidasi lainnya, akan terjadi organik, dan asam lemak. Senyawa yang umumnya disukai pembebasan energi. Sehingga dapat disimpulkan bahwa oleh mikroorganisme adalah karbohidrat terutama glukosa pemindahan elektron erat kaitannya dengan produksi (gula beratom karbon dengan jumlah 6). energi. Pada mikroorganisme, terutama bakteri, produksi energi dapat dibedakan ke dalam tiga kelompok. Glikolisis adalah proses perombakan glukosa yang menjadi salah satu lintasan paling penting untuk menghasilkan PRODUKSI ENERGI MIKROORGANISME energi bagi sel. Glikolisis dapat terjadi pada lingkungan aerob dan anaerob karena tidak mensyaratkan adanya Produksi energi secara aerobik oksigen. Produksi energi secara anerobik Produksi energi secara fotosintesis Amatilah proses glikolisis pada gambar 3.2., glukosa akan membentuk fruktosa-1,6-difosfat dan selanjutnya akan Pada sub bab ini, kita hanya mempelajari produksi secara terpecah menjadi 2 unit berkarbon-tiga yaitu aeronik dan anaerobik ya dihidroksiaseton dan gliseraldehide-3-fosfat. Kemudian keduanya dioksidasi menjadi asam piruvat. 27 28

Pada langkah dioksidasinya giseraldehide-3-fosfat terusir sepasang elektron (dua atom hidrogen). Jika tidak ada oksigen, pasangan elektron akan digunakan untuk mereduksi asam piruvat menjadi asam llaktat atau etanol. Namun, jika terdapat oksigen pasangan elektron ini kan memasuk rantai ankutan elektron. Setiap molekul glukosa yang mengalami metabolisme, terbentuk empat molekul ATP dari dua molekul yang dikonsumsi. Sehingga hasil bersih ATP yang didapatkan pada proses ini adalah 2 ATP. Reaksi Keseluruhan Glikolisis C6H12O6 + 2 NAD + 2 ADP + 2 Pa 2CH3COCOO H +2 NADH2 + 2 ATP Glukosa Posfat anorganik Asam piruvat Tantangan Gambar 3.2 Glikolisis, lintasan perombakan glukosa menjadi asam piruvat Jelaskan kembali proses glikolisis dengan bahasamu sendiri!. (Sumber: Pelczar, 2006) Pada sub bab ini, kita hanya mempelajari produksi secara aeronik dan anaerobik ya 30 29

Empat Jalur Perombakan Glukosa Jalur Heksosa Monofosfat (HMP) Jalur Embden Meyerhoff Parnas (EMP) Jalur Heksosa Monofosfat (HMP) juga disebut jalur Pentosa Fosfat (PP) yang merupakan jalur penguraian karbohidrat Jalur EMP terjadi pada bakteri anaerobik maupun anaerobik untuk membentuk gula fosfat berkarbon 6 (heksosa fakultatif seperti Enterobacteriaceae, Lactobacillaceae, monofosfat). Pada jalur pentosa fosfat, glukosa dioksidasi Saccharolytic elostridia, dan bakteri lainnya. sehingga terjadi pembebasan sepasang elektron yang kemudian masuk ke rantai angkutan elektron. Jalur pentosa Jalur ini menghasilkan 2 fosfat bukan merupakan jalur utama penghasil energi pada mikroorganisme. Jalur ini juga menyangkut beberapa reaksi ATP dan 2 NADH + H+ glikolisis yaitu EMP atau ED, maka disebut “Glikolisis yang langsir” (a shunt of glycolysis). yang digunakan dalam biosintesis dan donor hidrogen untuk pemecahan piruvat.. Piruvat yang dihasilkan Hasil digunakan untuk daya mereduksi pada tersebut digunakan oleh reaksi biosintesis yaitu NADPH. Jalur HMP kebanyakan melalui xylulosa 5- fosfat juga dapat mikroorganisme menghasilkan asetil fosfat dan menjadi anaerobik untuk siklus asetil KoA sebagai jalan memasuki siklus asam sitrat. Sedangkan asam sitrat. NADH dapat dioksidasi lebih lanjut pada keadaan respirasi maupun fermentasi. PJaadluar EsumbbdbeanbMineyi,erkhitoaf Phaarnnyaas (mEMemP)pelajari produksi secara Jalur Heksosa Monofosfat (HMP) aeronik (dSaunmbaenra: eDrooeblliek, 1y9a75) (Sumber: Doelle, 1975) 31 32

Jalur Ketoglukonat atau Entner Duodoroff (ED) Jalur Fosfoketolase Jalur Fosfoketolase dapat disebut sebagai variasi dari jalur Jalur Entner Duodoroff (ED) diketahui pada prokariota, HMP yang terjadi pada sebagian kecil kelompok bakteri seperti Pseudomonas saccharophila. Jalur ED memiliki heterofermentatif lactobacilli dan Bifidobakteria. Jalur ini persamaan jalur seperti HMP pada pengubahan glukosa terbagi menjadi pentosa fosfoketolase dan heksosa menjadi 6-fosfoglukonat. Adapun Gliseraldehid 3-fosfat fosfoketolase. dapat digunakan oleh jalur EMP untuk menghasilkan piruvat. Jalur Fosfoketolase Pada jalur ED terjadi (Sumber: Doelle, 1975) pemecahan glukosa. 1 Reaksi ini diawali dengan pembentukan enzim intermediet 2-(α,β-dihidroksietil)TPPMg2+. Proses ini mol glukosa diikuti oleh interaksi aktif enzim glikolaldehida dengan arsenat yang menghasilkan asetat, atau dengan fosfat menghasilkan 2 mol yang menghasilkan asetil fosfat, maupun dengan ferricyanide yang menghasilkan glikolat. NADPH dan 1 mol ATP. 34 Jalur EntnerDuodoroff dapat berlangsung tanpa adanya glikolisis atau pentosa fosfat bagi bakteri yang memiliki enzim jalur ini, diantaranya yaitu Rhizobium sp., Pseudomonas sp., Agrobacterium sp. Jalur ini dapat menghasilkan prekursor pentosa untuk purin dan pirimidin. Jalur Ketoglukonat atau Entner Duodoroff (ED) (Sumber: Doelle, 1975) 33

AEROBIK Gambar 3.3 Rantai Angkutan Elektron Kali ini kita akan membahas mengenai produksi energi (Sumber: Pelczar, 2006) secara aerobik yang terdiri dari rantai angkutan elektron, siklus asam trikarboksilat, katabolisme lipid, dan SIKLUS ASAM TRIKARBOKSILAT katabolisme protein. Siklus asam trikarboksilat (TCA) merupakan serangkaian proses yang membangkitkan energi dalam bentuk ATP dan RANTAI ANGKUTAN ELEKTRON molekul-molekul koenzim tereduksi (NADH2 dan FADH2). Siklus TCA disebut juga sebagai siklus amfibolik karena Dalam rantai ini terjadi pembebasan energi yang besar tidak hanya berada dalam reaksi katabolik (peruraian) untuk membentuk ATP dari ADP dan fosfat anorganik. namun juga dalam reaksi anabolik (sintesis). Sintesis ATP ini dikenal dengan sebutan fosforilasi oksidatif. Kalian pasti sudah tidak asing, bukan, dengan istilah ini. Reaksi Keseluruhan TCA Lihatlah gambar 3.3, atom-atom hidrogen (elektron beserta proton H+) dilepaskan dari substansi organik melalui 36 oksidasi, lalu dipindahkan oleh dehidrogenase yang mengandung NAD (Nikotinamid adenin dinukleotide) atau NADP (nikotinamida dinukleotide fosfat). flavoprotein yang mengandung FAD (flavin adenin dinukleotide) atau FMN (flavin mononucleotide) dan sitokrom-sitokrom yang mengandung besi, pada oksigen molekul akibat terbentuknya air. Elektron-elektron yang terlepas dari zat-zat anorganik akan melalui oksidasi dan dapat pula disalurkan ke dalam rantai angkutan elektron untuk memperoleh energi, Biasanya bakteri yang mampu melalui proses rantai angkutan elektron adalah bakteri kemoautotrofik dalam memperoleh ATP. 35

snyawa yang akan diuraikan dalam TCA berasal dari proses Garis putus-putus pada bagan siklus TCA menunjukkan glikolisis, yaitu 1 mol glukosa akan menghasilkan 2 mol TCA terpusat pada enzim isositrat dehidrogenase yang asetil Ko-A. Sehingga persamaan secara keseluruhan 1 mol glukosa yaitu 2 kali lipat. Oksidasi yang berada dalam TCA bersifat peka terhadap hambatan arus -balik oleh konsentrasi akan membentuk CO2 dan ATP sebagai energi utama, ada ATP dan NADH2. Tanda positif memiliki makna adanya pula yang memproduksi prekursor yntuk jalur biosintesis aktivitas sedangkan tanda negatif memiliki makna lainnya yaitu setelah proses transaminasi α-ketoglutarat. penghambatan. Gambar 3.4 Siklus Asam Trikarboksilat HASIL ENERGI DALAM RESPIRASI AEROBIK Setelah melalui serangkaian proses respirasi aerobik dimulai (Sumber: Pelczar, 2006) dari perombakan glukosa dilanjutkan dengan elektron-elektron yang tersimpan dalam koenzim tereduksi dan akan disalurkan 37 ke RAE. Lalu dipindahkan secara bertahap melalui proses fosforilasi oksidatif maka akan dihasilkan 12 koenzim tereduksi yang dioksidasi, yaitu : 2 FADH2 (1 berasal dari setiap putaran siklus TCA) 10 NADH2 (berasal dari glikolisis, 2 berasal dari siklus antara glikolisis dengan TCA, dan berasal dari dua putaran TCA). Dari hasil tersebut maka dapat dikonversikan ke ATP. Setiap NADH2 menghasilkan 3 ATP dan FADH2 menghasilkan 2 ATP sehingga menghasilkan 34 ATP secara keseluruhan dari koenzim tereduksi melalui fosforilasi oksidasif pada Rantai Respirasi.. Namun, total ATP dari respirasi aerobik 1 mol glukosa adalah 38 ATP, yaitu sebanyak 34 berasal dari oksidasi koenzim – koenzim tereduksi, 2 glikolisis dan 2 reaksi samping TCA berupa 2 GTP. 38

Hasil ATB dalam Respirasi Aerob dengan Siklus TCA KATABOLISME LIPID Lipid merupakan senyawa yang dapat menjad sumber energi Proses oksidasi pilihan bagi beberapa mikroorganisme. Zat tersebut dapat pada glukosa diubah secapat dan seefisien mungkin melewati lintasan melalui proses glikolisis dan TCA. Dalam proses penguraian lipid diperlukan glikolisis, TCA enzim tambahan. Penguraian lipid dimulai dengan pecahnya dan RR adalah trigliserida oleh prnambahan air sehinngga terbentuk gliserol sebagai berikut dan asam-asam lemak dengan bantuan enzim lipase : C6H12)6 + 6O2 Gambar 3.6 Perombakan Lipid -> 6 CO2 + H2O (Sumber: Pelczar, 2006) Gambar 3.5 Hasil ATP dalam Gliserol akan diubah menjadi dehdogenase fosfat dengan Respirasi Aerobik reaksi : (Sumber: Pelczar, 2006) 40 39

Asam-asam lemak akan dioksidasi membentuk Asetil Ko-A. JALUR METABOLISME senyawa ini memasuki TCA. Sedanhkan atom-atom hidrogen beserta elektron-elektronnya masuk ke tahap RAE menuju Gambar 3.7 Jalur Metabolisme fosforilasi oksidatif.. 1 gram lemak dapat menghasilkan energi yang lebih besar daripada karbohidrat yaitu sejumlah 44 (Sumber: Pelczar, 2006) ATP. 42 KATABOLISME PROTEIN Protein dapat melalui proses perombakan untuk menghasilkan energi. Umumnya bakteri yang mengalami proses perombakan protein termasuk ke dalam golongan heterofilik karena menghancurkan protein di luar tubuhnya sebagai sumber tenaga, nitrogen, dan karbon. Reaksi Perombakan Protein Dari proses ini, asam-asam amino diuraikan melalui proses oksidatif menjadi senyawa yang dapat memasuki TCA melalui asetil Ko-A, asam ketoglutarat, asam suksinat, asam fumarat atau asam oksaleasetat.. Seperti yang kta telah tahu, Asetil-Ko-A merupakan intermediat umum dari metabolisme karbohidrat dan lipid, dan siklus TCA merupakan lintasan umum untuk oksidasi karbohidrat, lipid dan asam amino 41

AKTIVITAS SISWA EVALUASI Kita sudah bersama-sama membahas proses glikolisis. Yuk, melatih sedikit hasil belajarmu! Terdapat empat jalur pada mikroorganisme untuk menjalankan proses tersebut yang sesuai dengan 1. Tuliskan reaksi keseluruhan glikolisis! kemampuan dan lingkungan hidupnya. Untuk itu, 2. Apa yang terjadi jika suatu bakteri tidak mampu untuk menghasilkan energi? buatlah sebuah tabel perbandingan yang berisi 3. Sebutkan apa saja bakteri yang melalui jalur perbandingan dan persamaan pada proses gllikolisis EMP! yang dapat dilalui oleh mikroorganisme. 4. Apakah terdapat perbedaan antara glikolisis pada bakteri dengan glikolisis pada umumnya? Perbandingan tersebut dapat disajikan dalam bentuk 5. Bagaimana cara bakteri menghasilkan energi jika tabel ataupun peta konsep, buat semenarik mungkin! lingkungan temapt hidupnya tidak mendukung? Carilah referensi di dari berbagai sumber untuk 44 melengkapi pengetahuanmu! 43

04 Fermentasi RESPIRASI Kata Kunci Fermentasi termasuk kedalam katabolisme, Salah satu contoh dari katabolisme adalah respirasi. Dimana, berdasarkan kebutuhan akan oksigennya, Katabolisme yang sering disebut juga dengan desimilasi. katabolisme dibagi menjadi dua: Respirasi Fermentasi Jadi menurut kalian, apa sih desimilasi itu? 1.Respirasi aerob, merupakan respirasi yang Produk membutuhkan oksigen bebas dari udara untuk fermentasi Desimilasi merupakan rangkaian reaksi menghasilkan energi. Contohnya adalah respirasi sel. kimia yang berkaitan dengan proses 2.Respirasi anaerob, merupakan respirasi yang tidak pembongkaran, penguraian, atau membutuhkan oksigen untuk menghasilkan energi. pemecahan molekul menjadi lebih sederhana Fermentasi sering disebut juga dengan respirasi anaerob. Dimana, respirasi ini menggunakan glukosa dengan bantuan enzim. sebagai substrat. Tujuan Pembelajaran FERMENTASI Setelah mempelajari sub bab ini, siswa Fermentasi merupakan proses perubahan kimiawi dari diharapkan dapat : senyawa yang kompleks menjadi lebih sederhana, dengan bantuan enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme (Jay 1. Menjelaskan proses katabolisme yang dkk, 2005). Pada proses fermentasi akan menyebabkan terdiri dari respirasi aerob dan anaerob terjadinya penguraian dari senyawa-senyawa organik untuk menghasilkan energi serta terjadi perubahan 2.Mengetahui tipe-tipe dan produksi hasil substrat menjadi produk baru oleh mikroorganisme fermentasi yang menyangkut bahan, (Bourgaize dkk., 1999) proses, dan hasilnya. 46 45

FERMENTASI TIPE FERMENTASI Tau kah kalian? bahwa bakteri dan protista merupakan Berdasarkan produk yang dihasilkannya, fermentasi organisme yang melakukan fermentasi. Beberapa dibedakan menjadi 2, yaitu: organisme tersebut hidup di rawa, lumpur, makanan yang diawetkan, atau tempat-tempat lain yang tidak 1.Fermentasi asam laktat mengandung oksigen. Fermentasi asam laktat merupakan fermentasi glukosa Pada fermentasi, glukosa akan dipecah menjadi 2 yang menghasilkan asam laktat. Pada fermentasi ini, molekul asam piruvat, 2 NADH, dan terbentuk 2 ATP. asam piruvat akan bereaksi secara langsung dengan Tetapi, kekurangannya terletak pada reaksi yang NADH membentuk asam laktat. dihasilkan. Dimana fermentasi tidak bereaksi secara sempurna memecah glukosa menjadi karbondioksida Gambar 1. Tahap Fermentasi Asam Laktat dan ait, lalu ATP yang dihasi;kan pun tidak sebesar (Sumber : Edubio.info) ATP yang dihasilkan dari glikolisis 2 ATP yang dihasilkan dari glikolisis merupakan Fermentasi dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu keseluruhan energi yang terbentuk dari fermentasi asam cara spontan dimana tidak ditambahkannya laktat. mikroorganisme dalam bentuk starter atau ragi ketika proses pembuatannya, dan cara tidak spontan dimana 48 perlu ditambahkan starter atay ragi dalam proses pembuatannya. Dalam prosesnya, mikroorganisme tumbuh dan berkembang secara aktif merubah bahan yang difermentasi (Suprihatin, 2010). 47

TIPE FERMENTASI PRODUK FERMENTASI 2. Fermentasi Alkohol Taukah kamu bahwa fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat merupakan bioteknologi yang sering Fermentasi ini merubah asam piruvat menjadi etanol digunakan oleh manusia loh! Lalu, apa saja sih hasil atau etil alkohol menjadi dua langkah reaksi. Yaitu, produk dari kedua fermentasi tersebut? 1.Pembebasan CO2 dari asam piruvat yang kemudian Hasil Fermentasi alkohol berupa dua etanol, dua ATP berubah menjadi asetaldehida dan dua karbon dioksida. Fermentasi alkohol dimanfaatkan di bidang industri 2.Reaksi reduksi asetaldehida oleh NADH menjadi makanan, dimana fermentasi ini digunakan untuk etanol. DImana NAD yang terbentuk akan pembuatan roti, tape, bir, cuka, anggur, dan beberapa digunakan untuk glikolisis. minuman ber alkohol lainnya. Gambar 2. Tahap Fermentasi Alkohol Sedangkan hasil fermentasi asam laktat berupa dua (Sumber : Edubio.info) asam laktat dan dua ATP. Fermentasi asam laktat dapat terjadi dalam tubuh 2 ATP yang dihasilkan dari glikolisis merupakan manusia, untuk menyediakan ATP ketika manusia keseluruhan energi yang terbentuk dari fermentasi menggunakan energinya untuk menggunakan otot alkohol secara berlebihan. Sedangkan pada bidang industri makanan, fermentasi asam laktat dimanfaatkan dalam 49 pembuatan tempe, miso, kimchi, yogurt, acar, sayur asin atau sauerkraut, dan keju. 50

AKTIVITAS SISWA EVALUASI (Dok. idschool.net) 1. Perhatikan skema respirasi anaerob berikut ini! Berdasarkan reaksi respirasi anaerob/ fermentasi di atas, berikanlah contoh peristiwa dalam kehidupan a. Berdasarkan skema di atas, sebutkanlah nama reaksi sehari-hari yang terkait dengan proses reaksi tersebut! katabolisme anaerob! b. Bagaimanakah proses reaksi tersebut? 2. Jelaskanlah pembagian katabolisme berdasarkan 51 kebutuhannya akan oksigen! 3. Sebutkan dan jelaskanlah dua tipe fermentasi! 4. Sebutkanlah perbedaan fermentasi alkohol dengan fermentasi asam laktat! 5. Sebutkanlah masing-masing 3, hasil fermentasi alkohol dan asam laktat di bidang industri makanan! 52

05 Fotosintesis FOTOSINTESIS Kata Kunci Selain mengurai ‘makanan’ Pada subbab metabolisme, kita sudah mempelajari bahwa metabolisme yang terjadi di sel terbagi menjadi anabolisme Anabolisme menjadi energi, beberapa dan katabolisme, kan? Fotosintesis Anoksigenik jenis mikroba ada juga lho, Proses anabolisme yang memanfaatkan cahaya sebagai Fotosintesis sumber energi adalah fotosintesis. Pada proses fotosintesis, Oksigenik yang mampu memproduksi cahaya sebagai sumber energi akan mengubah karbon Fotosintesis dioksida (CO2) menjadi molekul yang lebih kompleks, ‘makanannya’ sendiri Gambar 5.1. Cyanobacteria yakni karbohidrat (CH2O)x. Tumbuhan, alga, sianobakteri, dan beberapa prokariot merupakan organisme yang seperti tumbuhan. www.fororiodelaplata.com.ar/cianobact memiliki kemampuan fotoautotrof tersebut. Hasil erias-causas-y-consecuencias/ fotosintesis memberi makan hampir seluruh dunia kehidupan, secara larigsung maupun tidak. Yap, pada beberapa jenis bakteri, mereka mampu Reaksi fotosintesis secara umum adalah berikut: melakukan fotosintesis. Tapi, apakah Kita dapat melihat bahwa perubahan kimia keseluruhan fotosintesisnya sama seperti pada tumbuhan? selama fotosintesis merupakan kebalikan dari perubahan kimia keseluruhan yang terjadi dalam respirasi selular. Akan Mari kita pelajari lebih lanjut! tetapi, tumbuhan maupun mikroba tidak menyintesis gula hanya dengan membalikkan langkah-langkah respirasi. Tujuan Pembelajaran Dan apakah reaksi pada bakteri sama seperti di atas? Mari kita cari tahu! Setelah mempelajari sub bab ini, siswa diharapkan dapat : 54 1.Menjelaskan prinsip dasar fotosintesis sebagai bentuk reaksi anabolisme yang terjadi di dalam sel. 2.Menjelaskan berbagai jenis fotosintesis yang terjadi pada bakteri. 3.Menganalisis perbedaan fotosintesis pada tumbuhan dan bakteri. 53

PENDAHULUAN PENDAHULUAN FOTOSINTESIS FOTOSINTESIS Pada tumbuhan, terdapat 2 mekanisme utama yakni Gambar 5.2. Fosforilasi Siklik fosforilasi (reaksi terang, saat energi surya ditangkap https://www.toppr.com/ask/content/concept/cyclic-and-non- dan ditransformasi menjadi energi kimia) dan siklus Calvin, saat energi kimia digunakan untuk membuat cyclic-photophosphorylation-201225/ molekul organik dalam makanan. Pada bakteri, kita akan fokus pada proses fosforilasinya. Reaksi terang menggunakan tenaga surya untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH dengan cara FOSFORILASI menambahkan sepasang elektron bersama-sama dengan H+. Reaksi terang merupakan tahap-tahap fotosintesis yang Reaksi terang juga menghasilkan ATP, menggunakan mengubah energi surya menjadi energi kimia. Konversi kemiosmosis untuk memberikan tenaga bagi energi cahaya menjadi energi kimia dilakukan oleh penambahan gugus fosfat ke ADP, proses yang aktvitas pigmen seperti klorofil dan karatenoid. disebut fotofosforilasi (Photophosphorylation). Pada tumbuhan, terdapat 2 photosystem, nah coba cari Dalam reaksi terang, cahaya matahari akan tahu bagaimana, ya... ketika 2 fotosistem tersebut membentur pigmen tersebut, mengangkat molekul berperan salama fotosintesis! tersebut pada keadaan eksitasi. Sebuah elektron terusir dan menyebabkan menjadi 56 bermuatan positif (+) sehingga berfungsi sebagai pengoksidasi. Air dipecah, menyediakan sumber elektron dan proton (H+) serta melepaskan O2, sebagai produk sampingan. Cahaya yang diserap oleh klorofil menggerakkan transfer elektron dan ion hidrogen dari air menuju penerima yang disebut NADP+. 55

PENDAHULUAN FOTOSINTESIS FOTOSINTESIS PADA BAKTERI Gambar 5.3. Siklus Calvin Mengapa, ya, bakteri dapat melakukan fotosintesis? khanacademy.com Yap, karena beberapa jenis bakteri memiliki pigmen Setelah reaksi terang, terjadi proses pembentukkan gula warna baik berupa klorofil, bakterioklorofil, atau jenis atau karbohidrat yang memanfaatkan NADPH dan ATP karatenoid. Dengan adanya pigmen warna tersebut, hasil reaksi terang tadi. Prosesnya umum dikenal dengan energi cahaya dapat dimanfaatkan untuk proses siklus calvin. Siklus Calvin merupakan salah satu proses fotosintesis. Proses fotosintesis bakteri umumnya terjadi biokimia penting di bumi yang dilakukan oleh tumbuhan di membran sel, namun pada jenis sianobakteri terjadi di dan berbagai organisme fotosintetik. Proses ini terdiri tilakoid. dari tiga tahap yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi. Tahap regenerasi merupakan tahap pembuatan kembali Gambar 5.4. Chromatium sp. Gambar 5.5. Cyanobacteria sp. Gambar 5.6. Chloroflexi RuBP (Ribulose 1,5-biphosphate) dari Ru5P (Ribulose 5- (Luedin, 2019) (www.deq.ok.gov) (https://genome.jgi.doe.gov/) phosphate) oleh enzim fosforibulokinase. Di atas merupakan beberapa jenis bakteri yang dapat 57 melakukan fotosintesis, lho! Yap, mereka memiliki warna- warna yang menarik, bukan? Berdasarkan dihasilkan atau tidaknya O2 sebagai produk sampingan fotosintesis, mikroorganisme dibagi menjadi 2: (1) anoxygenic dan (2) oxygenic photosynthesis. Kok, bisa? Yuk kita next... 58

FOTOSINTESIS FOTOSINTESIS PADA BAKTERI PADA BAKTERI 1.Oksigenik Fotosintesis 2. Anoksigenik Fotosintesis Merupakan jenis fotosintesis yang umumnya terjadi Merupakan jenis fotosintesis yang umumnya terjadi pada sebagian besar jenis bakteri fotosintetik. Proses pada tumbuhan, organisme yang memiliki kloroplas fotosintesisnya tidak menghasilkan O2. Karena H2S, maupun Cyanobacteria (blue-green algae). Proses H2, S2O3, S atau molekul organik lainnya berperan fosforilasi fotosintesis ini telah dijelaskan di bagian sebagai donor elektron. Hanya memiliki 1 fotosistem, pendahuluan. Disebut oksigenik karena pada dengan tipe klorofilnya merupakan bakterioklorofil prosesnya menggunakan H2O sebagai donor yang umumnya mengabsorbsi panjang gelombang elektron, terbentuk O2 sebagai hasil oksidasi. pada rentang 800-1000nm. Terjadi di membran sel bakteri. Karena memiliki kloroplas, proses fosforilasi melalui 2 fotosistem, yakni PS I menggunakan klorofil-a Anoksigenik fotosintesis ditemukan pada: dalam bentuk yang dikenal sebagai P700, Green sulfur bacteria (e.g. Chlorobium) sedangkan PS II menggunakan klorofil-a dalam Green nonsulfur bacteria (e.g. Chloroflexus) bentuk P680. Klorofil mengabsorbsi panjang Purple sulfur bacteria (e.g. Chromatium) cahayadalam rentang 650-750nm. Terjadi di tilakoid. Purple nonsulfur bacteria (e.g. Rhodobacter) Berikut reaksi fotosintesis oksigenik: Berikut reaksi fotosintesis anoksigenik: Namun, terkadang Cyanobacteria ini juga menggunakan H2S sebagai donor elektronnya. Dengan H2A berupa reduktif kimiawi, seperti senyawa anorganik (H2, H2S, atau H2S2O3) atau senyawa 59 organik (laktat atau suksinat). 60

FOTOSINTESIS FOTOSINTESIS PADA BAKTERI PADA BAKTERI 3. Fosforilasi Siklik Fotosintesis Anoksigenik 3. Fosforilasi Siklik Fotosintesis Anoksigenik Proses fosforilasi siklik pada fotosintesis anoksigeik Energi yang dilepaskan secara umum melalui proses yang mirip, hanya tidak antara sitokrom b menuju terjadi pelepasan O2, karena bukan H2O sebagai sitokrom f digunakan untuk donor elektron. membentuk ADP menjadi ATP. Jika cahaya terserap oleh bakteroklorofil, maka energi dari cahaya tersebut mengangkat molekul Reduksi NADP pada tersebut pada keadaan eksitasi. Sebuah elektron terusir dari bakterioklorofil, bakteri tidak terjadi di sehingga muatan berubah menjadi (+). Dapat berperan sebagai pengoksidasi. reaksi ini, sebab bukan Elektron dapat membawa sebagian energi dari cahaya, yang selanjutnya dipindahkan pada suatu melalui fotosintesis, protein yang mengandung besi ”heme” disebut feredoksin. melainkan melalui Pemindahan dilakukan berturut-turut pada ubikuinon, sitoktrom b, sitokrom f dan akhirnya penggunaan tenaga kembali ke bakterioklorofil yang bermuatan positif (+). pereduksi dan unsur-unsur Hal ini mengartikan bahwa elektron tersebut telah bergerak mengelilingi suatu siklus dari bakterioklorofil lingkungan, seperti H2S dan ke bakterioklorofil kembali. Proses tersebut disebut fosforilasi siklik. (Gambar 5.7). senyawa anorganik lainnya. 61 Gambar 5.7. Fosforilasi Siklik Anoksigenik (Pelczar, 1986; dalam Suryani, 2022) Fotosintesis anoksigenik tidak mengalami fosforilasi non-siklik, pada bakteri terjadi pada jenis Cyanobacteria. 62

FOTOSINTESIS FOTOSINTESIS PADA BAKTERI PADA BAKTERI 4. Fosforilasi Non- Siklik Fotosintesis Oksigenik 4. Fosforilasi Non- Siklik Fotosintesis Oksigenik Gambar 5.8. Fosforilasi Non-Siklik Fotofosforilasi non siklik terjadi disertai (Pelczar, 1986; dalam Suryani, 2022) pembentukan ATP dari ADP + Pa, pada langkah antara sit b dan sit f. Jika PS I menyerap cahaya, Proses ini terjadi ketika sebuah molekul pada PS II maka akan melepaskan sebuah elektron. menyerap cahaya. Energi ini mengangkat molekul Elektron ini dipindahkan dari feredoksin ke NADP+ tersebut ke keadaan eksitasi dan melepaskan sebuah .Pada langkah lepasnya elektron dari pigmen sistem elektron. I ke feredoksin terjadi kembali proses fotofosforilasi. Pada sebagian proses ini terjadi reduksi NADP. Elektron tersebut dipindahkan ke plastokuinon, Selama proses ini juga terjadi pemecahan molekul sitokrom b, sitokrom f, yang akhirnya ke PS I. air, sehingga H2O teroksidasi menjadi O2. 6173 Kemampuan bakteri dalam melakukan fotosintesis sampai saat ini menjadi topik penelitian yang menarik, sebab dapat dimanfaatkan untuk pemenuhan kebutuhan manusia maupun pelestarian lingkungan. Begitulah fotosintesis yang terjadi pada bakteri, kita sudah di akhir sub bab ini. Luar biasanya Tuhan menciptakan sesuatu begitu detail dan tiada yang sia- sia. Bakteri sebagai organisme yang berukuran sangat kecil saja atas izin-Nya mampu bertahan dan bermanfaat di kehidupan ini, yaa! 64

AKTIVITAS SISWA EVALUASI Kita sudah bersama-sama membahas proses Yuk, melatih sedikit hasil belajarmu! fotosintesis yang terjadi baik pada tumbuhan secara 1.Pada fotosintesis oleh bakteri hijau sulfur, apakah dihasilkan O2? Jika ya, bagaimana prosesnya? Jika umum, maupun yang terjadi khusus pada bakteri. tidak, mengapa hal tersebut terjadi? 2. Mengapa pada bakteri yang berpigmen Oleh karena itu, coba buatlah perbandingan karatenoid, tetap dapat terjadi fotosintesis? 3. Pada fermentasi oksigenik, mengapa perlu fotosintesis yang terjadi di tumbuhan vs bakteri! dilakukan fosforilasi jika pembentukkan gula terjadinya pada siklus Calvin? 4. Mengapa pada bakteri non-sulfur ungu, fosforilasi yang terjadi hanya fosforilasi siklik? Perbandingan tersebut dapat disajikan dalam 5. Jelaskan mengapa fosforilasi yang hanya terjadi pada satu fotosistem dinamakan siklik? bentuk tabel ataupun peta konsep, buat semenarik 66 mungkin! 1 2 Fotosintesis tumbuhan sama-sama kita ketahui bersama hasil produknya digunakan dan bermanfaat untuk apa saja. Nah, coba cari tahu lebih jauh bagaimana dan untuk apa pemanfaatan fotosintesis bakteri, ya! 65

06 Kemolitotrophy OKSIDASI Kata Kunci Kemolitotrofi adalah suatu proses yang Oksidasi ini terjadi pada senyawa anorganik. Energi digunakan oleh beberapa jenis mikroorganisme Misalnya, jika kita mengambil contoh bakteri Kemolitotrof untuk mendapatkan energi dari senyawa kemolitotrof yang menggunakan belerang, senyawa Oksidasi anorganik. Ini berarti mikroorganisme ini tidak belerang (seperti H2S) akan dioksidasi menjadi memerlukan sumber energi organik seperti senyawa belerang yang lebih tinggi, seperti sulfat. karbohidrat atau lemak seperti manusia dan hewan lainnya. Lalu darimana sumber energi Gambar 1. Siklus daur belerang itu berasal? (Sumber : generasibiologi.com) Tujuan Pembelajaran Selama oksidasi, energi dilepaskan dalam bentuk elektron yang diambil oleh akseptor elektron, yang Setelah mempelajari sub bab ini, siswa mungkin merupakan senyawa anorganik lain atau diharapkan dapat : molekul organik dalam kasus organisme kemolitotrof tertentu. Ini membentuk gradien elektrokimia di 1.Menjelaskan proses metabolisme dalam sepanjang membran sel kemolitotrofi 68 2.Menjelaskan jenis-jenis senyawa anorganik yang digunakan 3.Menjelaskan peran kemolitotrofi dalam ekosistem 67

PEMBENTUKAN Gambar 2. Siklus nitrogen dengan mikroorgansime. ATP (Sumber : Kompas.com) Pada tahapan berikutnya akan terjadi pembentukan Pada gambar diatas dapat dilihat terjadinya proses ATP. Gradien elektrokimia yang terbentuk digunakan nitrifikasi. Nitrifikasi adalah proses biokimia yang oleh organisme kemolitotrof untuk menghasilkan ATP dilakukan oleh beberapa jenis bakteri untuk melalui fosforilasi oksidatif. Proton (H+) yang berada mengoksidasi senyawa nitrogen amonia menjadi di sisi ekstraseluler membran sel dikembalikan ke senyawa nitrit dan kemudian menjadi senyawa dalam sel melalui enzim ATP sintase, menghasilkan nitrat.Senyawa nitrogen anorganik lainnya, termasuk ATP. NO, N2O, NO2, dan N2 dapat dikonsumsi dan/ diproduksi oleh bakteri pengoksidasi amonia. REDUKSI SENYAWA Beberapa mikroorganisme kemolitotrof dapat ANORGANIK menggunakan energi yang dihasilkan dari oksidasi senyawa anorganik untuk mengurangi nitrat (NO3-) Selain menghasilkan ATP, beberapa organisme menjadi senyawa nitrogen yang lebih rendah, seperti kemolitotrof juga dapat menggunakan energi yang nitrit (NO2-) atau amonia (NH3). Contohnya, dalam dihasilkan dari oksidasi senyawa anorganik untuk proses denitrifikasi, bakteri kemolitotrof mengubah mengurangi senyawa anorganik lainnya. Contohnya, nitrat menjadi nitrogen gas (N2). bakteri nitrifikasi mengoksidasi amonia menjadi nitrit dan nitrit menjadi nitrat melalui serangkaian reaksi 70 redoks. 69

AKTIVITAS SISWA AKTIVITAS SISWA Sebelumnya kita telah mempelajari apa yang Untuk melatih kemampuan kalian, yuk jawab dimaksud dengan kemolitotrof, lalu tidakkah beberapa pertanyaan dibawah! kalian ingin tahu mikroorganisme apa saja yang termasuk didalamnya? Cari di berbagai sumber 1.Apa itu kemolitotrof? Berikan definisi dan dan tuliskanlah kegunaannya! penjelasan singkat tentang konsep tersebut. Setelah kalian tahu ragam mikroorganismenya dan macam kegunaannya, buatlah sebuah 2.Sebutkan contoh-contoh organisme kemolitotrof kesimpulan mengenai apa keistimewaan dari mikroorganisme kemolitotrof dan berikan yang ditemukan di lingkungan alami. kemungkinan yang bakal ada kedepannya berkat kemampuan yang khas tersebut! 3. Bagaimana organisme kemolitotrof 69 mendapatkan energi dari senyawa non-organik? 4.Apa peran kemolitotrof dalam siklus biogeokimia, seperti siklus belerang atau siklus nitrogen 5.pa potensi aplikasi kemolitotrof dalam industri dan lingkungan? 70

GLOSARIUM GLOSARIUM Anabolisme : Reaksi metabolisme yang memerlukan Katabolisme : Reaksi metabolisme yang tidak memerlukan energi. energi. Fermentasi : Proses perubahan kimiawi dari senyawa yang kompleks menjadi lebih sederhana, dengan Enzim : suatu senyawa kimia/protein khusus yang bantuan enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme. Respirasi anaerob : respirasi yang tidak membutuhkan berperan sebagai katalisator suatu reaksi kimia di dalam oksigen untuk menghasilkan energi. Kemolitotrof: Organisme yang memperoleh energi tubuh makhluk hidup dengan mengoksidasi senyawa kimia non-organik. Metabolisme : Semua proses reaksi kimia yang terjadi di Energi: sifat yang dimiliki oleh suatu objek atau sistem dalam tubuh sel makhluk hidup Mikroorgnisme : Jasad hidup yang ukurannya kecil yang yang memungkinkannya melakukan pekerjaan atau disebut juga mikroba atau jasad renik. Oksidasi: Proses di mana suatu senyawa kehilangan menyebabkan perubahan dalam keadaan atau kondisi elektron atau mengalami peningkatan kehilangan muatan. yang ada.. Pigmen: Zat warna tubuh manusia, binatang, dan tumbuh-tumbuhan. Fosforilasi : Penambahan gugus fosfat pada suatu Tilakoid : Struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas, tempat terjadi reaksi terang. protein atau molekul organik. 72 Fotosintesis : Reaksi pembentukan energi kimia dengan memanfaatkan cahaya sebagai sumber energi. Fotosintesis Anoksigenik : Proses fotosintesis yang tidak menghasilkan O2 dan H2S berperan sebagai donor elektron Fotosintesis Oksigenik : Proses fotosintesis yang menghasilkan O2. Glikolisis : Proses perombakan glukosa Gliserol : komponen lemak GTP (Guanosin trifosfat) : Nukleosida trifosfat yang terdiri dari basa nitrogen guanin, gula ribosa, dan trifosfat. Heterofilik : Menyerap makanan dari organisme lain Fotosistem : Suatu unit yang mampu menangkap energi cahaya matahari. 71

DAFTAR PUSTAKA DAFTAR PUSTAKA Bourgaize, D., Jewell, T.T. dan Buiser, R.G. 1999. Suryani, Y. (2022). Fisiologi mikroorganisme. Biotechnology Demystifying The Suprihatin. 2010. Teknologi Fermentasi. Surabaya: UNESA Concepts. Benjamin Cummings, San Fransisco. Pres. Campbell, N. A. & J. B. Reece. (2008). Biologi, Edisi Kedelapan Jilid 1. Terjemahan: Damaring Tyas Wulandari. 74 Jakarta: Erlangga. Dubey, S. K. (2018). Microbial Metabolism of Inorganic Compounds. CRC Press Fifendy, M., & Biomed, M. (2017). Mikrobiologi (1st ed.). KENCANA. Fitri, N. S. (2020). Modul Pembelajaran SMA Biologi: Metabolisme Biologi Kelas XII. 1–34. James M. Jay, Martin J. Loser, David A. Golden.2005. Modern food microbiology. New York: Springer. Murwani, S. (2015). Dasar-dasar Mikrobiologi Veteriner. Universitas Brawijaya Press Pelczar, M. J., & Chan, E. C. S. (2005). Dasar-dasar Mikrobiologi (terjemahan). Jakarta: UI Press. Retnaningrum, E., Darmasiwi, S., & Siregar, A. R. (2017). Bahan Ajar Mikrobiologi. Gadjah Mada University Press. Siti, A, W. (2018). Tata Nama dan Klasifikasi Enzim. GenerasiBiologi.com. Suberata, I. W. (2021). Metabolisme mikroba. simdos. unud. ac. id. 73

Metabolime MIKROORGANISME