Bab 06. Metabolisme Mikroba

BABNletabolisme MikrobaFER&g1E ffi F?'R**IESffi E &&L&frM Laju sintesis makromolekul dan aktivitas jalur-jalur metabolik harus diatur agar biosintesis seimbang. SemuaFE*SERIE'ESES & FERFEFEHBUFE&tr komponen yang dibutuhkan untuk sintesis makromolekulerPertumbuhan mikroba memerlukan polimerisasi blok harus tersedia untuk mencapai pertumbuhan yang teratur,pembangun biokimiawi menjadi protein, asam nukleat, dan harus dilakukan kontrol sehingga sumber-sumber daya bagi sel tidak dihabiskan untuk produk-produk yang tidakpolisakarida, dan lipid. BIok-blok pembangun harus tersedia berperan bagi pertumbuhan atau ketahanan hidup. dalam bentuk jadi di dalam medium pertumbuhan atau harusdisintesis oleh sel-sel yang sedang tumbuh. Kebutuhan Bab ini berisi ulasan mengenai metabolisme mikroba danbiosintetik tambahan diganii oleh kiperluan koenzim yang pengaturannya. Mikroorganisme menunjukkan keekstremanberpartisipasi dalam katalisis enzimatik. Reaksi polimerisasi divergensi akibat evolusi, dan banyak serangkaian jalurbiosintetik memerlukan transfer ikatan anhidrida dari AIP. metabolik ditemukan di dalam grup ini. Sebagai contoh, salahPertumbuhan membutuhkan sumber energi metabolik untuk satu di antara iebih dari enam jalur metabolik berbeda dapatmenyintesis ikatan anhidrida dan untuk memeiihara gradienion dan metabolit transmembran. digunakan untuk asimilasi suatu senyawa yang relatif Asal biosintetik blok pembangun dan koenzim dapat sederhana, benzoat, dan sebuah jalur untuk asimilasi benzoatditelusuri hingga ke prekursor yang berjumlah relatif sedikit,yang disebut metabolit fokal. Gambar 6-1 hingga 6,4 dapat diatur oleh salah satu di antara lebih dari enammengilustrasikan bagaimana, secara berturut-turut, metabolitfokal glucosa 6-fosfat, fcsfoenolpiruvat, oksaloasetat, dan mekanisme. Tujuan bab ini adalah untuk mengilustrasikanct-ketoglutarat membentuk sebagian besar produk akhir prinsip-prinsip yang mendasari jalur-jalur metabolik danbiosintetik. Metabolisme mikroba dapat dibagi menjadi pengaturannya. Prinsip utama jalur-jalur metabolik adalahempat kategori umum: (l ) jalur untuk interkonversi metabolit bahwa jalur-jalur tersebut dicapai dengan mengatur reaksifokal, (2) jalur asimilatorik untuk pembentukan metabolit biokimia yang relatif sedikit dalam urutan yang spesifik.fokai, (3) rangkaian proses biosintetik untuk mengubah Banyak jalur biosintetik dapat ditelusuri dengan memeriksametabolit fokal menjadi produk akhir, dan (4) jalur yangmenghasilkan energi metabolik untuk pertumbuhan dan struktur kimia materi awal, produk akhir, dan mungkin, satu atau dua zat antara metabolik. Prinsip utama yang mendasaripemeliharaan. pengaturan metabolik adalah enzim-enzim cenderung hanya lika disediakan blok pembangun dan sumber energi diaktifkan jika aktivitas katalitik enzim-enzim tersebutmetabolik, sel akan menyintesis makromolekul. Rangkaian diperlukan. Aktivitas suatu enzim dapat diubah denganbiok pembangun di dalam makromolekul ditentukan melalui mengganti jumlah enzim atau jumlah substrat. Pada sebagiandua cara. Dalam asam nukleat dan protein, rangkaian kasus, aktivitas enzim dapat diubah dengan pengikatanditentukan sesuai-cetakan: DNA berperan sebagai cetakan efektor tertentu, metabolit yang memodulasi aktivitasuntuk sintesis dirinya sendiri dan untuk sintesis berbagaijenis RNA; messenger RNA berperan sebagai cetakan untuk enzim.sintesis protein. Pada karbohidrat dan lipid, di sisi lain, Ffi ET&BGI\"ET-[T'T EEA BE ilT FCKAL &susunan blok pembangun ditentukan sepenuhnya oleh * III TE RKC T*\f E RS : F*YAspesifisitas enzim. Setelah makromolekul disintesis, makro-molekul tersebut akan merangkai strukturnya sendiri untuk Glurose f-phosphate & Interkonuersimembentuk struktur supramolekuler sel, misalnya ribosom, Karbohidratmembran, dinding sel, flagela, dan pili. Gambar 6-1 mengiiustrasikan bagaimana glukosa 6-fosfat diubah menjadi serangkaian produk akhir biosintetik melalui ester fosfat karbohldrat dengan panjang rantai yang berbeda- beda. Karbohidrat memiliki formula empiris (CH'O)\", dan 76

BAB 5 * MetabolismeMikroba 77Metabolit fokal Zat antara Produkakhir Hekosa fosfat Polisakarida Asam nukleat 'Pentosa fosfat Histidin Triptofan Tetrosa fosfat --------\"+- Korismat Fenilalanin Tirosin Triosa fosfat Serin Lipid Glisin t Sistein t ,t 3-Fosfogliserat TriptofanGAMBAR 6-'t produk-produk akhir biosintetik yang dibentuk dari glucosa 6-fosfat. Ester fosfat karbohidrat dengan panjang rantai yangberagam berperan sebagai zat antara dalam jalur-jalur biosintetik.lfletabolit fokal Zat antara Produkakhir Triosa fosfat Serin Glisin t Sistein Triptofan 3-Fosfogliserat Fenilalanin Tirosin Korismat Polisakarida Alanin Piruvat Valin lsoleusin t Lipid Asetil-CoAGAMBAR 6-2 Produk-produk akhir biosintetik yang dibentuk dari fosfoenolpivurat.

78 BAGIAN I * Dasar-DasarMikrobiologiMetabolit fokal Produk akhir Aspartat Asparagin Treonin *----iF lsoleusin Metionin Koenzim Pirimidin Asam nukleatGAMBAR 6-3 Produk-produk akhir biosintetik yang dibentuk dari oksaloasetat. Produk-produk akhir ini, aspartat, treonin, dan pirimidin,berperan sebagai zat antara dalam sintesis senyawa tambahan.Metabolit fokal Z.at anlara Produk akhir Lisin Glutamatsemialdehid Glutamin : \* ' Arginin oro,,nGAMBAR 6-4 Produk-produk akhir biosintetik yang dibentuk dari o-ketoglutarat.tujuan utama metabolisme karbohidrat adalah mengubah n, fruktosa 6-fosfat; sebuah triosa fosfat dan tetrosa 4-fosfat membentuk heptosa 7-fosfat. Tahap akhir interkonversipanjang rantai karbon. Mekanisme cara panjang rantai fosfat panjang rantai karbohidrat adalah reaksi transaldolase yangkarbohidrat diinterkonversi dirangkum pada Gambar 6-5. menginterkonversi heptosa 7-fosfat dan triosa 3-fosfat denganPada suatu kasus, reaksi oksidasi digunakan untuk meng-hilangkan satu karbon dari glukosa 6-fosfat, menghasilkan tetrosa 4-fosfat dan heksosa 6-fosfat.turunan pentosanya, yaitu ribulosa 5-fosfat. Reaksi isomerasedan epimerase menginterkonversi bentuk-bentuk pentosa Koordinasi reaksi penataan ulang karbohidrat yangyang paling lazim: ribulosa 5-fosfat, ribosa 5-fosfat, danselulosa 5-fosfat. Transketolase memindahkan fragmen dua- berbeda-beda untuk mencapai tujuan metabolik keseluruhan diilustrasikan dengan ptntas (shunt) heksosa monofosfatkarbon dari doqor ke molekul akseptor. Reaksi-reaksi inimemungkinkan pentosa membentuk atau dibentuk dari (Gambar 6-6). Siklus metabolik ini digunakan olehkarbohidrat dengan panjang rantai yang bervariasi. Seperti sianobakteri untuk mereduksi NAD. menjadi NADH, yangdiperlihatkan pada Gambar 6-5, dua pentosa 5-fosfat (n=5) berperan sebagai reduktor untuk respirasi dalam kondisidapat diinterkonversi dengan triosa 3-fosfat (n=3) dan heptosa ge1ap. Banyak organisme menggunakan pintas hexose7-fosfat (n=7); pentosa 5-fosfat (n=5) dan tetrosa 4-fosfat monofosfat untuk mereduksi NADP- menjadi NADPH yang(n=4) dapat diinterkonversi dengan triosa 3-fosfat(n=3) dan digunakan untuk reaksi reduksi biosintetik. Langkah pertamaheksosa 6-fosfat (n=6). dalam pintas heksosa monofosfat adalah reaksi oksidatifyang Rantai heksosa enam-karbon milik fruktosa 6-fosfat dapat memperpendek enam heksosa 6-fosfat (disingkat enam Cudiubah menjadi dua turunan triosa tiga-karbon melalui kerja pada Gambar 6-6) menjadi enam pentosa 5-fosfat (disingkatsuatu kinase yang dilanjutkan dengan kerja suatu aldolase enam Cr). Reaksi penataan ulang karbohidrat mengubahpada fruktosa 6-fosfat. Sebagai alternatif lain, aldolase yangbekerja bersama fosfatase, dapat digunakan untuk mem- keenam molekul C, menjadi lima molekul Cu sehingga siklusperpanjang molekul karbohidrat: Triosa fosfat membentuk oksidatif dapat berlanjut. ]e1aslah, semua reaksi untuk interkonversi panjang rantai karbohidrat tidak diaktifkan sekaligus. Pemilihan rangkaian enzim spesifik yang pada intinya merupakan penentuan jalur

BAB 6 .i. Metabolisme Mikroba 79Dehidrogenase Glukosa 6-fosfat NAD+ NADH+H+ NAD* NADH+H+ Ribulosa 5-fosfat (cs) (Co) \ \\"1 , \"\ cozTransketolase Selulosa 5-fosfat Gliseraldehid 3-fosfat (cs) (c:) Ribosa 5-fosfat Sedoheptu los a 7 -fosf al (cs) (cz) Selulosa 5-fosfat Gliseraldehid 3-fosfat (c5) (C:) Eritrosa 4-fosfat Fruktosa 6-fosfat (Ca) (Ca)Kinase, Aldolase I t,ADP ATP Fruktosa 1,6-difosfat Dihidrosiaseton fosfat (ca) Fruktosa 6-fosfat (co) Gliseraldehid 3-fosfat (ca)Aldolase, FosfataseDi hidrosiaseton fosfat Lt * n2U FU5lt Fruktosa 6-fosfat (Cr) (co) Fruktosa 1,6-difosfat \ 't)Gliseraldehid 3-fosfat ' (ca)Dihidrosia(scettoln fosfat -\ I HzO Fosfat Sedoheptulosa ( \- / > sedoheptutosaT-fosfat 1,-7d-idfoifsofsaftat - (Cz) Eritrosa 4-fosfat ) \" (c+)Transaldolase --\"--\"-(c;iSedoheptulosa 7-fosfat - - Eritrosa 4-fosfat Gliserald(echiad)3-fosfatF (c+) > Fruktosa 6-fosfat (Co)GAMBAR 6-5 Mekanisme biokimiawi untuk mengubah panjang molekul karbohidrat. Formula empiris umum untuk ester fosfatkarbohidrat, (C\"Hr\"O\")-N-fosfat, disingkat (C\") untuk menekankan perubahan pada panjang rantai. -

80 BAGIAN I .:' Dasar-Dasar Mikrobiologi 6NAD+ 6NAD+hl-.@ LrI u*oo* \/--b 6CO2 Hzo \_l .I c6 lI/ Fosfat Aldolase, fosfataseGAMBAR 6-6 Pintas heksosa monofosfat. Reaksi oksidatif (Gambar 6-5) mereduksi NAD* dan menghasilkan COr, menghasilkanpemendekan keenam heksosa fosfat (disingkat_Cu) menjadi enam pentosa fosfat (disingkat Cr). penataanmengubah pentosa fosfat menjadi heksosa fosfat sehingga siklus oksidatifdapat berlanjut. \" uLng karbohidiat (Gaibar 6-5) FOSFORILASI oKSrDASr o SUBSTRAT cH2oH cHo NAD* NADH+H| lopo,r- A?p /,ATp co\"- aI -6 Hlon \ /' HJoH \ l' I lHroeorr- {, tHroeorl- HCOH cH2oP032 lrroeorr- Triosa fosfat 1 ,3-Difosfogliserat 3-Fosfogliserat FOSFORILASI i SUBSTRAT I + cto' \"- ATP ADP co-- Hzo 4-- \\/-l- l' co\"- C:O -- \ clto'Po,2- ulto'po,,- I cH2oH CHz CH: 2-Fosfogliserat Fosfoenolpiruvat PiruvatGAMBAR 6-7 Pembentukan fosfoenolpiruvat dan piruvat dari triosa fosfat. Gambar ini ingin menekankan pada dua tempat fosforilasisubstrat dan pada tahap oksidatif yang menyebabkan reduksi NAD* menjadi NADH. Pengulangan jalur penghasil energi ini memerlukanmekanisme untuk mengoksidasi NADH menjadi NAD*. Organisme yang mampu melakukan fermentasi mencapai tujuan ini denganmenggunakan piruvat atau metabolit turunan piruvat sebagai oksidator.metabolik yang diambil, ditentukan oleh sumber karbon dan 6-fosfat dalam konversinya menjadi triosa fosfat tidak diperkirakan akan aktif dalam kondisi ini. |ika kebutuhankebutuhan biosintetik sel tersebut. Sebagai contoh, sebuah sel untuk pentosa 5-fosfat tinggi, seperti pada kasus asimilasiyang diberikan triosa fosfat sebagai sumber karbohidrat akan karbon dioksida dalam fotosintesis, transketolase yang dapatmenggunakan kombinasi aldolase-fosfatase untuk mem- membentuk pentosa 5-fosfat sangatlah aktif.bentuk fruktosa 6-fosfat; kinase yang bekerja pada fruktosa

BAB 6 * Metabolisme Mikroba 8l Singkatnya, glucosa 6 fosfat dapat dianggap sebagai Oksidasi gliseraldehid 3-fosfat olel-r NAD* disertai olehmetabolit fokal karena bekerja sebagai prekursor iangsunguntuk blok pembangun metabolik sekaligr-rs sebagai sumber pembentukan ikatan anhidrida asam pada satu karbon 1,3-karbohidrat dengan panjang yang bervariasi yang digunakanuntuk tujuan biosintetik. Glucosa 6-fosfat itu sendiri dapat difosfogliserat. Anhidrida fosfat ini ditransfer dalam suatudiperoleh dari karbohidrat terfosforilasi lainnya melaluipemilihan jalur dari serangkaian reaksi untuk interkonversi reaksi fosforilasi substrat menjadi ADP, menghasilkan ikatanpanjang rantai. Reaksi yang dipilih ditentukan oleh potensigenetik sel, sumber karbon utama, dan kebutuhan biosintetik kaya-energi dalam ATP. Ikatan fosfat kaya-energi lainnya6rganisme. Regulasi metabolik dibutuhkan untuk memastikan dibentuk melalui dehidrasi 2-fosfogiiserat menjadi fosfo-terpilihnya reaksi yang dapat memenuhi kebutuhan orga- enolpiruvat; melalui fosforilasi substrat 1ain, fosfoenolpiruvatnisme. dapal menclonorkan ikatan kaya-energi ke ADP, menghasilkanPemloentukan & Pemanfaatan ATP dan piruvat. Dengan demikian, dua ikatan kaya-energiFosfoenolpiruvaf dalam ATP dapat diperoieh melalui konversi metabolik triosaTriosa fosfat yang dibentuk dengan interkonversi fosfoester fosfat menjadi piruvat. Proses konversi tersebut merupakan proses oksidatif, dan jika tidak terdapat akseptor elektronkarbohidrat, diubah menjadi fosfoenolpiruvat melalui .krog.tt, NADH yang dibentuk melalui oksidasi gliseraldehidserangkaian reaksi yang diperlihatkan pada Gambar 6-7' 3-fosfat harus dioksidasi menjadi NAD* oleh piruvat atau oleh metabolit turunan piruvat. Produk-produkyang dibentuk sebagai hasil proses ini bervariasi, dan seperti yang akan dibahas kemudian dalam bab ini, dapat digunakan dalam identifikasi bakteri-bakteri yang memiliki makna klinis' HSCoA CO, NADH+H+ CO, o I- llC:O CH,CSCOA I Asetil-CoA CH:Piruvat Coz- O: CCOz- cHrc-ofr)- H,.O' cHco2 HOCCO?- cco2cI :o I cH2co2- t-l Asonitat I cH2co2- cH2co2- cHs Oksaloasetat SitratPiruvat Hzo t- AMP coPo,2- lt' cHz Fosfoenol- O =CCOz- o:cco,- NADH+H+ NfD uocHcor- Piruvat ct'H\/lco2 I - cl-Hl 2co2 cHco2 cHco2- CHz I cH2co2- (I-Ketoglutarat Oksalosuksinat lsositratGAMBAR 6-8 Konversi piruvat menjadi o-ketoglutarat. Piruvat diubah menjadi o-ketoglutarat melaluijalur biosintetik bercabang. Padasatu cabang, piruvat dioksidasi menjidi asetil-KoA; di cabang lain, piruvat dikarboksilasi menjadi oksaloasetat.

82 BAGIAN I .l Dasar-Dasar Mikrobiologi co\"z NAD+c:o I CH:Piruvat ATP AMP B-OKSrDAstcH3(cH2cH2)nco2 HSCoA PPi H3(CHrCHr)nCSCoA Asam lemak Lemak asil-CoA ATP AMP GAMBAR 6-9 Sumber-sumber biokimiawi asetil- KoA Pemhentukan fosfoer-rolpirr-rvat dari pirrlvat memerlukan dioksidasi menjadi asetil-KoA. Asetil-KoA merupakan halenergi metabolik yang banvak, dan dua ikatan ATP anhidrida yang penting sebagai efektor metabolik positif pada setiap mekanisme enzimatis yang digunakan untuk menyintesisselalu dilibatkan dalam proses ini. Beberapa organisme- oksaloasetat. Dengan demikian, sintesis oksaloasetat di- imbangi dengan produksi asetil-KoA. Kondensasi oksalo-misalnya, Escherichia coll-secara langsung memfoslorilasi asetat dengan asetil-KoA menghasilkan sitrat. Isomerisasipiruvat dengan ATP, menghasilkan AMP dan fosfat anorganik molekul sitrat menghasilkan isositrat yang secara oksidatif(P,). Organisrne lainnya menggunakan dua tahap metabolik: didekarboksilasi menj adi c-ketoglutarat.Satu ikatan ATP pirofosf-at digunakan dalam karboksilasipiruvat menjadi oksaloasetat, dan ikatan pirofosfat kedua JALUR.JALUR ASIMILATORIK(sering kali dimiliki oleh GTP daripada ATP) digunakanuntuk membentuk fosfbenolpiruvat dari oksaloasetat. Pertumbuhan dengan AsetatPembentukan & Pema nfaatan Oksaloasetat Asetat dimetabolisme melalui bentuk asetil-KoA, dan banyakSeperti vang dipaparkan di atas, banyak organisme mem- organisme memiliki kemampuan untuk menyintesis asetil- KoA (Gambar 6-9). Asetil-KoA digunakan dalam biosintesisbentuk oksaloasetat melalui karboksilasi pirr,rvat dependen- a-ketoglutarat, dan pada sebagian besar organisme res-ATP. Organisme lainnva, seperti E. coll yang membuat piratorik, fragmen asetil dalam asetil-KoA dioksidasi totalfosfoenolpiruvat secara langsung dari piruvat, menyintesis menjadi karbon dioksida melalui siklus asam trikarboksilat (Gambar 6-10). Namun, kemampuan untuk memanfaatkanoksaloasetat melalpi karboksilasi fostbenolpiruvat. asetat sebagai sumber bersih karbon terbatas untuk sejumlah Suksinil-KoA merupakan prekursor biosintetik vang mikroorganisme dan tanaman yang relatif sedikit. Sintesisdiperlukan untuk sintesis porlirin dan senyar,va esensial 1ain. bersih prekursor biosintetik dari asetat dicapai dengan reaksiSebagian organisme membentuk suksinil-KoA dengan penggabungan siklus asam trikarboksilat dengan dua reaksimereduksi oksaloasetat rnelalui bentuk antara malat dan tambahan yang dikatalisis oleh isositrat iiase dan malat sintase. Seperti diperlihatkan pada Gambar 6-11, reaksi-fumarat. Reaksi-reaksi ini mencerminkan kebalikan alur reaksi ini memungkinkan konversi oksidatif &ersllr dua gugus asetil dari asetil-KoA menjadi satu molekul suksinat. Suksinatmetabolik yang tampak pada siklus asam trikarboksilat dapat digunakan untuk tujuan biosintetik setelah diubahkonvensional (iihat Gambar 6-10). menjadi oksaloasetat, a-ketoglutarat, fbsfoenolplruvat atau glukosa 6-fosfat.Pembentukan u-Ketoglutarat dari PiruvatKonversi pirur.'at menjadi o.-ketoglutarat membr\"rtuhkan jaiurrnetabolik yang rnemisah hemudran rnenyatu (Gambar 6-8).Pada satu cabang, oksaloasetat dibentuii melalui karboksilasipiruvat atau fosfoenolpiruvat. Di cabang yang lain, piruvat

BAB 6 .i. Metabolisme Mikroba 83 o cHrco2 HzO Hocco2 acH2co2 l ' Sitrat CH,CSCoA Asetil-coA o:cco. -}f\"^ -'\ Ct'HCO\" H.O l' cco2 cH2co2 t t)v cH.co.-/\/NADH.H a ,oksaloasetat Or.\"n\",\54p+ ---y' \\ HOCHCO2- HOCHCO? cHco.- I' cH2co2 l-Malat cH2co2 t lsositrat,-.n\ ) IV-- NAD+ I \N I neoH+tl* O - CCO.-CHCO. cHcoT I cH2co2-cHco2- OksalosuksinatFumaratEnz(FADH2) o: lCLnC,AO/.- / HSCoA CH2CO2 \.n. o c9, ) a-Ketogiutarat >cH,lscon lr,.o,- { luo* NADH Suksinil-CoA fr+GAMBAR 6-10 Siklusasamtrikarboksilat.TerdapatempatlangkahoksidatiltigamenghasilkanNADHdansatumenghasilkanflavoproteintereduksi, Enz(FADHT). Siklus ini hanya dapat berlanjut jika tersedia akseptor elektron untuk mengoksidasi NADH dan flavoproteinteredu ksi.Pertumbuhan dengan Karbon Dioksida: Sel-sel yang dapat menggunakan karbon dioksida sebagaiSiklus Calvin satu-satunya sumber karbon dinamakan autotrofik, dan kebutuhan untuk pola asimilasi karbon ini dapat dirangkumSeperti tanaman dan alga, sejumlah spesies mikroba dapat secara singkat sebagai berikut. Selain reaksi asimilatorikmenggunakan karbon dioksicia sebagai satu-satunya sumber utama yang menghasilkan 3-fosfogliserat, harus terdapat me- kanisme untuk meregenerasi molekul akseptor, ribulosa1,5-karbon. Pada hampir semua organisme ini, jalur utama difosfat. Proses ini memerlukan reduksi dependen-energiasimilasi karbon adalah melalui siklus Calvin yang meng- 3-fosfogliserat hingga ke tingkat karbohidrat. Dengangabungkan karbon dioksida dan ribulosa difosfat menjadi demikian, autotrofi memeriukan karbon dioksida, ATRdua molekul 3-fosfogliserat (Gambar 6-12A). 3-fosfogliserat NADPH, dan serangkaian enzim spesi{ik.difosforilasi menjadi 1,3-difosfogliserat, dan senyawa inidireduksi menjadi turunan triosa, gliseraldehid 3-fosfat' DepolimeraseReaksi penataan ulang karbohidrat (Gambar 6-5) me- Banyak substrat pertumbuhan yang potensial terdapat sebagai blok pembangun dalam struktur polimer biologis. Molekul-mungkinkan triosa fosfat diubah menjadi turunan pentosa,ribulosa 5-fosfat yang selanjutnya difosforilasi untuk mem- molekul besar ini tidak mudah dipindahkan menembusbentuk kembali molekul akseptor, ribulosa 1,5-difosfat(Gambar 6-128). Karbon tereduksi tambahan yang dibentuk membran sel, dan sering kali terikat pada struktur sel yang bahkan lebih besar. Banyak mikroorganisme memproduksimelalui asimilasi reduktif karbon dioksida, diubah menjadimetabolit fokal untuk jalur biosintetik.

84 BAGIAN I N. Dasar-Dasar Mikrobiologi cH2co2- Sitrat o il CHtCSCoA Asetil-CoA O: CtC' O\" cHco2- cH2co2- Oksaloasetat ctc'o\"-NADH+H+ cH2co2- Asonitat \ \r H,o { INAD+ 1 HOCHCO2- v cH2co2 HOCHCO2- r-Malat o ' ctH' co\" tl cH2co2 CHTCSCoA lsocitrat Asetil-CoAMALAT SINTASE ISOSITRAT LIASE O: CHCOz- ctH' \"co\"- Glioksilat cH2co2 Suksinat Reaksi beriih.2Acetyl-KoA + NADi + 2HrO -+ Sukr'nat + 2HSCoA {lgstGAMBAR 6-11 Siklus glioksilat. Perhatikan bahwa reaksi yang mengubah malat menjadi isositrat merupakan reaksi yang sama denganreaksi pada siklus asam trikarboksilat (Gambar 6-10). Divergensi metabolik pada tingkat isositrat dan kerja dua enzim, isositrat liase danmalat sintase, memodifikasi siklus asam trikarboksilat sehingga mengubah secara reduktif dua molekul asetil-KoA menjadi suksinat.depolimerase ekstraseluler yang menghidrolisis protein, asam melalui reaksi yang sesuai secara termodinamis. Perannukleat, polisakarida, dan 1ipid. Pola aktivitas depolimerase oksigenase diperlihatkan pada Gambar 6-13 yang me-dapat bermanfaat untuk mengidentifi kasi mikroorganisme. nunjukkan peranan dua oksigenase yang berbeda dalamOksigenase pemanfaatan benzoat.Banyak senyawa dalam lingkungan bersifat relatif resisten Jalur-Jalur Pereduksiterhadap modifikasi enzimatik, dan penggunaan senyawa-senyawa ini sebagai substrat pertumbuhan memerlukan kelas Beberapa mikroorganisme hidup dalam lingkungan yang sangat reduktif yang mempermudah terjadinya reaksi-reaksienzim khusus, yaitu oksigenase. Enzim-enzim ini secara kimia yang tidak akan terjadi dalam organisme yang meng-langsung menggunakan oksigen molekuler oksidator poten gunakan oksigen sebagai akseptor elektron. Pada organisme-sebagai substrat dalam reaksi yang mengubah senyawa yangrelatif sulit diolah menjadi bentuk yang dapat diasimilasi organisme ini, reduktor kuat dapat digunakan untuk men- dorong reaksi yang memungkinkan asimilasi senyawa yang

BAB 6 .i. Metabolisme Mikroba 85 cH2oPo32 tTo,:; \ ,:; \ ;;;\"'!-*\-cH2oHl:o ATp A*?,p l=o !o, . co, I znoe ?toeo'r*.oI,o2oNlAD_P^-* cHo ,r.b\",j I I I /uroeor'- 2HCtO_H\"HCtO\"H HCtO-H lHroeort- cH20Po32-cHToPoj'- cH2oPo3'-Ribulosa Ribosa 2 3-Fosfo- 21,3-Difosfo- 2 Gliseraldehid 1,5-difosfat gliserat gliserat 3-fosfat5-fosfat (c5) (2 Ca) Metabolit fokal dan biosintesis Aldolase, 2Ca 29s fosfatase \ Trans- | ------------.--|> \ketolasy'12Ca (\ 2c\" 2C^ \ Aldolase, >-+\ fosfatase ( 2ct *-r-\-Asimilasi reduksi of CO, -7-T ut' \ 6ADP 6ATP 1 2NADPH 12ADP 'I2ATP 6CO2GAMBAR 6-12 Siklus Calvin. A: Asimilasi redukrif Co,. ATP dan NADPH digunakan untuk mengubah pentosa 5-fosfat (Cr) melalui reduksimenjadi dua molekul triosa fosfat (Cr). B: Siklus Calvin 6ilengkapi dengan reaksi tata-ulang karbohidrat (Gambar 6-5) yang memungkinkansintesis bersih'karbohidrat dan regenerasi pentosa fosfat sehingga siklus dapat berlanjut.

86 BAGIAN I * Dasar-DasarMikrobiologi @@ o) eH;uto:x'=+o:i-.-_.-\_COz- t-Benzoat N{DH NAD* NAD* NADH Katekol H- gt Suksinil-KoA + Asetil-KoA <_**-5 langkahGAMBAR 6-13 Peran oksigenase dalam pemanfaatan benzoat secara aerobik sebagai sumber karbon. Oksigen molekuler berperanlangsung dalam reaksi yang mengganggu aromatisasi benzoat dan katekol.relatif sulit diambil. Salah satu contohnya adalah asimilasi serupa (Gambar 6-14). Nitrogenase merupakan kompleksreduktifbenzoat, suatu proses yang mereduksi cincin aromatik dr\"ra enzim-satu enzim (dinitrogenase reduktase) mengandungdan membuka cincin tersebut untuk membentuk asam besidanyangenzimsatunya (dinitrogenase) yangmengandungdikarboksil, yaitu pimelat. Reaksi metabolik lanjutan meng- besi dan molibdenum. BerSama-sama, kedua enzim iniubah pimelat menjadi metabolit fokal. mengatalisis reaksi berikut.Asimilasi Nitrogen N, + 6Ht + 6e + 12ATP ----------> 2NH, + 12ADP + 12PAsimilasi reduktif nitrogen molekuler, yang dikenal juga Karena tingginya energi aktivasi untuk memutuskansebagai fiksasi nitrogen, diperlukan untuk kesinambungan ikatan kovalen tiga yang sangat kuat yang menghubungkankehidupan di planet kita. Fiksasi nitrogen berhasil dilakukan kedua atom nitrogen, asimilasi reduktif nitrogen ini me-oleh berbagai bakteri dan sianobakteri dengan menggr-rnakan merlukan sejumlah besar energi metabolik. Kira-kira 20kompleks enzim nitrogenase multikomponen. Meskipun hingga 24 molekul ATP dihidrolisis saat molekul N, tunggalorganisme yang mampu memfiksasi nitrogen ini beragam, direduksi menjadi dua molekul NH..kompleks nitrogenase pada sebagian besar organisme tersebut o2 I Leghemoglobin i /'ffi\a(Ktdaaurabforoihgt,iodlirskaiton*ltiessisis)[\ ;kd,d;. ) GAMBAR 6-14 Reduksi N2 menjadi dua i**inJ / /\ ><' molekul NHr. Selain red uktor, reaksi nitrogenase l6MqATP 16M9ADP memerlukan sejumlah energi metabolik yangBNAD' Fd-Be- \\"*-/ 2H+ +2e- banyak. Jumlah molekul ATP yang diperlukan untuk reduksi satu molekul nitrogen menjadiSNADHa-H+z\ sp6 arll /r'2,:zi;: amonia tidaklah pasti; jumlah ini tampaknya OV oq_r/[]I 'zIi3** H2 berkisar antara 12 dan 16. Reaksi keseluruhan membutuhkan BNADH + H*. Enam di antaranya LV digunakan untuk mereduksi N, menjadi 2NH., 6H+ + 6e- dan dua digunakan untuk membentuk H,. Hidrogenase ambilan mengembalikan H, ke 2NH3 dalam sistem sehingga menghemat energi. (Digambar ulang dan direproduksi, dengan izin, dari Moat AG, Foster JW: Microbial Physiology, 4th ed. Wiley-Liss, 2002. Dicetak ulang atas izin John Wiley & Sons, Inc.)

BAB 6 .i. Metabolisme Mikroba 87 Kebutuhan lisiologis tambahan timbul akibat nitrogenase struktur asparagin, treonin, metionin, dan pirimidin (Gambardengan mudah dinonaktifkan oleh oksigen. Organisme 6-17). Pada sebagian kasus, rangka karbon yang berbeda berkombinasi dalam jalur biosintetik. Sebagai contoh, aspartataerobikyangmenggunakannitrogenasetelahmengembangkan semiaidehid dan piruvat berkombinasi untuk membentukmekanisme rumit untuk melindungi enzim tersebut terhadap prekursor metabolik lisin, asam diaminopimelat, dan asaminaktivasi. Sebagian membentuk sel-sel khusus tempat dipikolinat (Gambar 6-18). Kedua senyawa yang terakhir disebut hanya ditemukan dalam prokariota. Asam dia-terjadinya fiksasi nitrogen, dan sebagian lainnya telah minopimelat acid merupakan komponen peptidoglikanmengembangkan rantai transpor elektron yang rumit untukmelindungi nitrogenase terhadap inaktivasi oleh oksigen' Di dalam dinding se1, dan asam dipikoiinat merupakanantara organlsme-organisme tadi, yang paling bermakna komponen penting endospora.dalam bidang agrikultur adalah Rhizobiaceae, organisme yang Sintesis Peptidoglikan Dinding Selmemfiksasi nitrogen secara simbiotik dalam nodul akar Struktur peptidoglikan diperlihatkan pada Gambar 2-19;tanaman leguminosa. j alur sintesisnya diperlihatkan dalambentukyang disederhana- Kemampuan untuk menggunakan amonia sebagai sumber kan pada Gambar 6-194. Sintesis peptidoglikan dimulainitrogen tersebar luas pada banyak organisme. Jalan masuk sebagai sintesis bertahap di dalam sitoplasma UDP-N-utama nitrogen ke dalam metabolisme karbon adalah melalui asetilmuramat asam-pentapeptida. Pertama, N-asetilgluko-glutamat yang dibentuk dengan aminasi reduktif samin dilekatkan ke UDP, kemudian diubah menjadi UDP-N- asam asetilmuramat melalui penggabungan dengan fosfo-o.-ketoglutarat. Seperti diperlihatkan pada Gambar 6-15,terdapat dua mekanisme biokimiawi untuk mencapai tujuan enolpiruvat dan reduksi. Asam amino pentapeptida di-ini. Satu, yaitu reduksi langkah'tunggal yang dikatalisis oleh tambahkan secara berurutan, setiap penambahan dikatalisisglutamat dehidrogenase (Gambar 6 15A), efektif untuk oleh enzim yang berbeda dan masing-masing melibatkanlingkungan tempat tersedianya amonia dalam jumlah yangcukup. Mekanisme kedua, suatu proses dua-langkah yang pemecahan ATP menjadi ADP + P.menggunakan glutamine sebagai zat antara (Gambar 6-15B), UDP-N-asetilmuramat asam-pentapeptida dilekatkan kedigunakan dalam lingkungan yang memiliki jumlah amoniasedikit. Mekanisme yang kedua ini memungkinkan sel untuk baktoprenol (suatu lipid pada membran sel) dan menerimamenyimpan energi bebas yang diperoleh dari hidrolisis ikatan sebuah moiekui N-asetilglukosamln dari UDP. Beberapa bakteri (misalnya, Staphylococcus aureus) membentukpirofosfat dalam ATP ke dalam asimilasi amonia dari turunan pentaglisin dalam serangkaian reaksi yang meng- gunakan glisil-tRNA sebagai donor; disakarida yang telahlingkungan. Nitrogen amida glutamin, suatu zat antara dalam asimilasi lengkap kemudian dipolimerisasi menjadi zat antaradua-langkah amonia menjadi glutamat (Gambar 6- 158), juga oligomerik sebelum dipindahkan ke ujung polimer gliko-ditransfer secara iangsung ke dalam nitrogen organik yang peptida yang sedang dibentuk di dalam dinding sel.ditemukan daiam struktur-struktur purin, pirimidin' arginin.triptofan, dan glukosamin. Aktivitas dan sintesis glutamin Pengikatan-silang akhir (Gambar 6-198) dicapai melaluisintase diatur oleh suplai amonia dan ketersediaan metabolit reaksi transpeptidase; pada reaksi ini, gugus amino bebasyang mengandung nitrogen yang secara langsung berasal dari milik residu per-rtaglisin menggantikan residu D-alaninnitrogen amida glutam i n. Sebagian besar nitrogen organik dalam sel berasal dari terminal pada pentapeptida yang berdekatan. Transpeptidasi dikatalisis oleh satu di antara serangkaian enzim yang disebutgugus a-amino milik glutamat, dan mekanisme utama untuk protein-pengikat-penisilin (p enicillin-binding proteins-PBPs).memindahkan nitrogen adalah transaminasi. Akseptor PBPs mengikat penisilin dan antibiotik laktam-p lainnyadalam reaksi-reaksi ini biasanya adalah suatu asam <r-keto, secara kovalen berkat, salah satunya, kesamaan strukturyang ditransformasi menjadi asam c-amino yang bersesuaian.c-Ketoglutarat, produk lain reaksi transaminasi, dapat diubah antara antibiotik tersebut dan prekursor pentapeptida.menjadi giutamat melalui aminasi reduktif (Gambar 6-15). Sebagian PBPs memiliki aktivitas transpeptidase atau karbok-JAtUR.JAtUR BIOSINTETIK sipeptidase, laju relatif aktivitas-aktivitas tersebut mungkin mengendalikanderaj atpengikatan- silang dalampeptidoglikanPenelusuran Stru ktur PrekursorBiosintetik: Glutamat & Aspartat (sebuah faktor yang penting dalam pembentukan sekat sel). Jalur biosintetik sangat penting dalam ilmu kedokteranPada banyak kasus, rangka karbon suatu produk akhir karena memberikan dasar bagi kerja antibakterial selektifmetabolik dapat ditelusuri ke asal biosintetiknya. Glutamine, beberapa agen kemoterapeutik. Bakteri tidak bersifat isotoniksuatu contoh yang baik, jelas berasal dari glutamat (Gambar terhadap cairan tubuh, tidak seperti sel pejamu bakteri6-16). Rangka glutamat dalam struktur arginin dan prolin tersebut. Kandungan bakteri terdapat dalam kondisi tekanan(Gambar 6-16) kurang begitu jelas, tetapi dapat dikenali. osmotik yang tinggi, dan viabilitas bakteri bergantung padaSerupa dengan hal ini, rangkakarbon aspartat, secara langsung keutuhan anyaman peptidoglikan dalam dinding sel yangditurunkan dari metabolit fokal oksaloasetat, tampak pada terus dipertahankan sepanjang siklus pertumbuhan. Setiap senyawa yang dapat menghambat langkah mana pun dalam biosintesis peptidoglikan akan menyebabkan dinding sel bakteri yang sedang tumbuh menj adi lemah dan sel mengalami

88 BAGIAN I * Dasar-DasarMikrobiologi co\"- A. Konsentrasi tinggi amonia. . +l cto' .- H3NcH C:O t' +I CI Hz+NH3+NADPH cH\" NADP+ I cH, CtH- , I coz- Coz- s-Ketoglutarat GlutamatB. Konsentrasi rendah amonia. +Cl o-r- ArP + !$ttli co. +lH3NCH H\",Nt CH ctI 'H\" + CIH' \" +ADP+Pi cH\" ctH' \" l' C=O coz- IGlutamat ]!$ffi Glutamin co. co\" NADPH +cl o\"'- COr- NADP+ +l I H3NCH +lH3NCH L -\J CI H\" + H3NCH I t' cI H\" + Ct'Hr + ctH' \" ctH' \" CtH' r ctH' \" l' coz Coz- C:O ctH' . I coz- isti$li a-Ketoglutarat 2 GlutamateGNutaminGAMBAR 6-15 Mekanisme asimilasi NHr. A: Jika konsentrasi NH, tinggi, sel mampu mengasimilasi senyawa tersebut melalui reaksiglutamat dehidrogenase. B: Seperti yang biasanya terjadi, jika kadar NH, rendah, sel menggabung reaksi glutamin sintase dan glutamatsintase untuk memanfaatkan energi yang dihasilkan pada hidrolisis ikatan pirofosfat untuk mengasimilasi amonia.r.:'.goi_'..1'lX- i*El*\"rq rHIN€H. .,\".'li'}-,.\"':+.N\".eF(9t:r2'I,;-;\":'tffi:*+Ttr$#H: qot :;*ffih:li\"i-$-f\"fiftf\"iff-i'wr NH +l l ffiffisiKffi$j$il o',/c/.-N NHz I H3NCH S UrasilGlutamin C:NH Prolin \".1 Treonin I I \" .c4H'\"^\", CH: t'i't'lt'l'l-li*\"3il-:f\"rG\"l'i Metionin NHz NHz Arginin AsparaginGAMBAR 6-16 Asam amino yang dibentuk dari glutamat. GAMBAR 6-17 Produk akhir biosintetik yang dibentuk dari aspa rtat.

BAB 6 .!. Metabolisme Mikroba 89 H + H H-rlC-c' \--o +lllH,,C] -2H,o H'trclc--66 -2H .-\ IHOOCHC- --NHz o--C-cooH Hooc,!c'-N--C-cooH Hooc'\trt4coonAspartat semialdehid Piruvat Asam dihidropikolinat Asam dipikolinat (spora) .'r\{ H2 +H20 H2 H'-1C-'C- -CIH', 'l I'H\"C--c--CH.HOOCH.'C-N- -/-C -COOH HOOC.-c\--OHcl\COOHAsam tetrahidropikolinat NH I (5ucc) cooH -coz cooH I I HCt'- NH\" -HC NH2 (CHr). I t\" (cH.), HCl-- NH? l\" cooH -H2C NH2Asam diaminopimelat Lisin (dinding sel) (protein)GAMBAR 6-18 Produk akhir biosintetik yang dibentuk dari aspartat semialdehid dan piruvat,lisis. Tempat-tempat kerja beberapa antibiotik diperlihatkan Sintesis Granula Makanan Cadanganpada Gambar 6-194. dan B. Saat nutrien tersedia dalam jumiah berlebihan dibandingkanSintesis Liposakarida Selubung Sel kebutuhan untuk pertumbuhan, bakteri mengubah beberapaStruktur umum liposakarida antigenik pada selubung sel nutrien spesifik menjadi granula makanan cadangangram-negatif diperlihatkan pada Gambar 2-20. Riosintesisgugus-akhir yang berulang yang memberikan spesifisitas intraseluler. Granula yang utama adalah pati, glikogen, poli-antigenikpada selubung se1, diperlihatkan pada Gambar 6-20. p-hidroksibutirat, dan volutin yang terutama tersusun atasPerhatikan kemiripannya dengan sintesis peptidoglikan: Pada polifosfat anorganik (lihat Bab 2). Tipe granula yang dibentukkedua kasus, serangkaian subunit dirangkai pada sebuah bersifat spesifik-spesies. Granula dipecahkan saat nutrienpembawa lipid di dalam membran, kemudian dipindahkan ke eksogen kurang.ujung bebas polimer yang sedang terbentuk. FGt& ffi ETRECLISF*IE PET*GHASII.EhIERGISintesis Polirner Kapsul Ekstraseluler ffiIKRCEAPolimer kapsul, beberapa contohnya dicantumkan pada Tabel Seperti dipaparkan pada Bab 5, terdapat dua mekanisme metabolik utama untuk menghasilkan ikatan pirofosfat asam2-1, disintesis secara enzimatis dari subunit yang telah kaya-energi dalam AIP: fosforilasi substrat (pemindahan langsung ikatan fosfat anhidrida dari donor organik ke ADP)diaktifkan. Dalam proses ini, tidak ada pembawa lipid terikat- dan fosforilasi ADP oleh fosfat anorganik. Reaksi yang keduamembran yang terlibat. Adanya kapsul sering ditentukan oleh ini secara energik tidak menguntungkan dan harus didorongIingkungan: Dekstran dan levan, misalnya, hanya dapat oleh gradien elektrokimia transmembran, gaya proton motifdisintesis menggunakan satu jenis disakarida, yaitu sukrosa (proton motive force). Dalam respirasi,. gradien elektrokimia(fruktosa-glukosa), sebagai sumber subunit yang sesuai' diciptakan dari reduktor dan oksidator yang disuplai secaraKarena itu, sintesis dekstran dan levan bergantung padaketersediaan sukrosa dalam medium.

90 BAGIAN I .1. Dasar-Dasar Mikrobiologi() Trrunun UDP NAM dan @ nnV-pentapeptid dipindahkan @ UDP memindahkan NAG ke baktoprenol-NAM NAG disintesis (tidak ke baktoprenol fosfat. Keduanya diperlihatkan) dihubungkan oleh ikatan pentapeptid. Jika dibutuhkan suatu jembatan pirofosfat. antar-pentaglisin,jembatan tersebut dibentuk menggunakan molekul glisil-tRNA khusus, tetapi tidak UDp -1N7ALM-Ala LL-A-Ala la menggunakan ribosom. Pembentukan jembatan ,/,/,); \. penghubung terjadi dalam membran.@ Penambahan asam amino secara { berurutan pada UDP-NAM untuk (1}\"fi?il1:[X#J#il.T.t\"00.0.,- V'o' ----)r*,o,*,indalam proses ini, tetapi IRNA dan ribosom tidak terlibat dalam e^ I rL Lr y.,s- /(nDADP\ ) , @pembawabaktoprenormensanskut ,/ unit pengulang NAG-NAM- I /'-merangkaikan asam asam amino. ././r-z.-\"-/\" pembentukanikatanpeptidayans 5:?iiffil.ii#ffH:*ffi:- i u^-^ntd'. -un-^ntd( Lipid r uDp- NAG Lipid il V' sitoplasma ^p^e^n+t-a^^p^e+pijtid&J#P_e]n-traN'upiAe'npMtvidra ffit^uervrP \ ^'?t,U,D^P,L-Nn,AnMnn- II oentap'leptida Yfo . \"Y' \ qfWfiqf'Bf._-NnAiM _NAG i'. .,. ..,,.,.r ,.. li .,, .,1 Fffi$# lt- o i%eH& H-€H# Periplasma Peptidoglikan - NAtM\ -NAG\-- Peptidoglikan .,i.'l.ir,i, Pentapeptrda ' I : r'i;\" ffi - trtRlt -runc I Pentapeptida@lkatan-silang peptida antara rantai @ Rembawa baktoprenol berjalan kembali @ f'UC-nnV-pentapeptid dilekatkan ke peptidoglikan dibentuk melalui transpepti dasi (tidak dipedihatkan). melewati membran, Saat berpindah, ujung rantai peptidoglikan yang sedang pembawa baktoprenol kehilangan satu dibentuk, menambah panjang rantai fosfat, menjadi baktoprenol fosfat. Sekarang, sebanyak satu unit pengulang. molekul ini siap memulai siklus baru. ff&i Transpeptidasi Esch erichia coli ffi- ih$r,... D:Ala I ,,1\" :F:A,I]a, .. L-:Al;i ..: .:t.. r. I r Q4l .il.illir' * -(---,-.> ': tDlclu,. .l ' H:N I r.l. I .,\"...1 ]:'.,\"D.D:rAA'1lP,a::. D-Giu C;\"ii;'. L.,,1.,, L-AIi ffi - ,,xir$,, -. Transpeptidasi Stop hylocaccus aweus .. @ .-NAn4 D Ara ffi ,..tu. rilti, /{ <. LAta D-AI la ! D-GiluNH, tt ___> /t L-Lt''yt<s- // D-GluNH, a- D 1{ H2N - (GlY), L -Ala \ o,qru ... ffi NAM .-GAMBAR 6-19 A: Sintesis peptidoglikan. NAM adalah N-asam asetilmuramat dan NAG adalah N-asetilglukosamin. Pentapeptida mengandungL-lisin dalam peptidoglikan Stophylococcus aureus, dan asam diaminopimelal (diaminopimelic acid, DAP) dalam Escherichia col1. Inhibisi olehbasitrasin, sikloserin, dan vankomisin juga diperlihatkan. Angka sampai dengan enam di antara delapan tahap dibahas dalam teks. Tahap delapandiilustrasikan pada Gambar 6-1 98. B: Transpeptidasi. Reaksi transpeptidasi dalam pembentukan peptidoglikan Escherichia coli dan Staphylococcusaureus.

BAB 6 .! Metabolisme Mikroba 9leksternal. Energi yang dilepaskan melalui transfer elektron B. Fermentasiglukosadari reduktor ke oksidator melalui karier-terikat-membran Keberagaman jalur fermentasi diilustrasikan dengan me-digabung ke pembentukan gradien elektrokimia trans- merhatikan beberapa mekanisme yang digunakan oleh mikroorganisme untuk memfosforilasi substrat denganmembran. Dalam fotosintesis, energi cahaya menghasilkanreduktor dan oksidator terkait-membran; gaya proton motif memanfaatkan glukosa. Pada prinsipnya, fosforilasi ADPdihasilkan saat molekul karier elektron tersebut kembali kekondisi dasar. Proses-proses ini dibicarakan di bawah. menjadi ATP dapat digabung ke salah satu di antara duaJalur-Jalur Fermentasi transformasi yang setimbang secara kimiawi:A. Strategi untuk fosforilasi substrat Glukosa > 2 Asam laktat (c.H,roo--) (c3H6o.)Jika respirasi atau fotosintesis tidak dapat dilangsungkan, selsepenuhnya bergantung pada fosforilasi substrat untuk ataumemperoleh energi sel tersebut: Pembentukan AIP harus Glukosa -------->2 Etanol + 2 Karbon dioksidadigabung ke penataan-ulang kimiawi senyawa-senyawa (c6H1'o6) (c'H6o) (co')organik. Banyaksenyawa dapat menjadi substratpertumbuhanyang dapat difermentasi, dan telah berkembang banyak jalur Mekanisme biokimiawi yang memungkinkan tercapainyauntuk fermentasi senyawa-senyawa ini. falur-jalur ini transformasi tersebut sangat bervariasi.memiliki tiga tahap umum sebagai berikut: (1) Konversi Secara umum, fermentasi glukosa dimulai dengansenyawa yang dapat difermentasi menjadi donor fosfat untuk fosforilasinya menjadi glukosa 6-fosfat. Fosforllasi ini dapatfosforilasi substrat. Tahap ini sering mencakup reaksi-reaksi dicapai melalui dua mekanisme: (1) Giukosa ekstraselulermetabolik yang mereduksi NAD. menjadi NADH. (2)Fosforilasi ADP oleh donor fosfat kaya-energi. (3) Tahap dapat diangkut melewati membran sitoplasma ke dalam sel,metabolik yang memastikan keseimbangan klmiawi antara kemudian difosforilasi oleh AIP untuk menghasilkan glukosaproduk fermentasi dan materi awal. Kebutuhan yang palinglazim dalam tahap terakhir inl adalah suatu mekanisme untuk 6-fosfat dan ADP. (2) Pada banyak mikroorganisme' glukosamengoksidasi NADH yang dibentuk daiam tahap pertama ekstraseluler difosforilasi saat diangkut melewati membranfermentasi, menjadi NAD. sehiirgga fermentasi dapat sitoplasma oleh suatu sistem enzim dalam membranberlanjut. Pada bagian-bagian berikut, diberikan contoh sitoplasma yang memfosforilasi glukosa ekstraseluler denganuntuk tiap tahap fermentasi. menggunakan fosfoenolpiruvat, menghasilkan glukosa 6-fosfat intraseiuler danpiruvat. Prosesyang keduamerupakan ee- @-@-(Oal-rha-man)n'1 se- @-@-oal-rha-man GDP-man BP @-@ BP-@-@-9al-rha en- @-@-(oal-rha-man)nTDP -\ I Polisakarida inti)\TDP-rha Bp @ @ Polisakarida ee- @-@gal inti- (gal-rha-man)n \ BP-@ /\UMP ) UDP-galGAMBAR 6-20 Sintesis unit pengulang rantai samping polisakarida Salmonella newington dan pemindahannya ke inti lipopolisakarida.BP, baktoprenol.

92 BAGIAN I * Dasar-Dasar Mikrobiologicontoh metabolismevektorial, serangkaian reaksi biokimiawi C. Jalur Embden-Meyerhofyang mengubah, baik struktur maupun lokasi substrat. Jalur ini (Gambar 6-21), suatu mekanisme fermentasi glukosaPemilihan ATP atau fosfoenoipiruvat sebagai agen fosforilasi yang lazim dijumpai, menggunakan sebuah kinase dan sebuah aldolase (Gambar 6-5) untuk mengubah heksosa (Cu) fosfattidaklah mengubah jumlah ATP yang dihasilkan pada menjadi dua molekul triosa (C.) fosfat. Empat reaksi fosforilasifermentasi karena fosfoenolpiruvat digunakan sebagai sumber substrat menyertai konversi triosa fosfat menjadi dua molekul piruvat. Dengan demikian, dengan mengingat bahwa duaATP dalam tahap-tahap fermentasi selanjutnya (Garnbar ikatan ATP pirofosfat diperlukan untuk membentuk triosa fosfat dari glukosa, jalur Embden Meyerhof memberikan hasil6-7). bersih dua ikatan ATP pirofosfat. Pembentukan piruvat dari Glukosa difosforilasi dengan memanfaatkan satu ATp, ctutk*osa (DO@O€<) menghasilkan glucosa 6-fosfat, suatu metabolit prekursor dan molekul awal untukjalur pentosa fi'*--aoffr*o @: fosfat iGlukosa6-fosfat @O@@@-b lsomerisasi glucosa 6-fosfat (suatu aldehida) menjadi fruktosa 6-fosfat (suatu keton dan ti metabolit prekursor) Fruktosa 6-fosfatATP dikonsumsi untuk memfosforilasi C l fruktosa. Sel menggunakan sebagian aliran energinya untuk l.-\"4'tb mendapatkan lebih banyak energi di tahap glikolisis selanjutnya. f** oooFruktosa 1,6-bisfosfat dipecah menjadi dua *molekul-3-karbon, salah satunya merupakanmetabolit prekursor. 1, 6-bisfosfat '.-o-@-o-€i,: A,Gliseraldehid 3-fosfat dioksidasi dan difosforilasi secara l\reo*Dhrdroksaseton,@. Fbersamaan, menghasilkan molekul berenergi tinggi.Elektron yang dilepaskan mereduksi NADl f\ Gliseraldehid 3-fosfatmenjadi NADH. Gliseraldehid 3-fosfat fllIIltllI^-'\"p-z*(,\.r-uRr'ouoHrATP dibuat dengan fosforilasi tingkat substrat.Dihasilkan sebuah metabolit prekursor lain. fllIIllIl|,\--\">p,(,\'o--1l4NPnoP' 1P' 1, 3-bisfosfogliserat 1, 3-bisfosfogliseratDihasilkan sebuah metabolit prekursor lain. f l-oot ttri- oooPemecahan oksidatif satu molekul glukosa 1{menghasilkan pembentukan dua molekul L6;).lt**ffi:3-fosIIffoglis-;e';1r#at . \ r,piruvat. Piruvat merupakan salah satu Y -V- lIlt'-*g^tApmetabolit prekursor terpenting. 2-fosfogliserat O OO 3-fosfogliserat A1Il t lVI l--+H,o ,'.>6,o/').: + Fosfoenolpiruvat O'@@ 2-fosfogliserat I fI ilt+H\"o fI ADP l+ e-, Fosfoenolpiruvat {*€}r;** l,- nop Piruvat $@@ r Il.*g*tr\"*e PiruvatGAMBAR 6-21 Jalur Embden-Meyerhof. jalur ini merupakan salah satu di antara tiga jalur glikolisis yang digunakan untuk mengata-bolisme glukosa menjadi piruvat dan jalu r ini dapat berfungsi selama respirasi aerobik, respirasi anaerobik, din fermentasi. Saat digu n-akanselama proses respirasi, elektron yang diterima oleh NAD* dipindahkan ke rantai transpor elektron dan akhirnya diterima oleh lkseptorelektron eksogen. Jika digunakan selama fermentasi, elektron yang diterima oleh NAD* didonorkan ke akseptor elektron endogen(misalnya, piruvat). Jalur Embden-Meyerhof juga merupakan jalur amfibolik yang penting karena menghasilkan beberapa metab-olitprekursor (ditunjukkan dengan warna biru).

BAB 6 * Metabolisme Mikroba 93triosa fosfat merupakan suatu proses oksidatii dan NADH Garis besar keseluruhan jalur Entner-Doudoroff danyang dibentuk dalam tahap metabolik pertama (Gambar6-2i) harus diubah menjadi NAD* agar fermentasi dapat heterolaktat secara berturut-turut diperlihatkan pada Gambarberlanjut; dua mekanisme yang lebih sederhana untuk 6-24 dan 6-25. lalur-jalur ini menghasilkan hanya satumencapai tujuan ini diilustrasikan pada Gambar 6-22. Reduksi molekul triosa fosfat dari glukosa, dan karena itu, energi yanglangsung piruvat oleh NADH menghasiikan laktat sebagai dihasilkan rendah: Tidak seperti jalur Embden-Meyerhof,produk akhir fermentasi sehingga menyebabkan pengasaman jalur Entner-Doudoroff dan heterolaktat secara keseluruhanmedium. Sebagai alternatif, piruvat dapat didekarboksilasi hanya menghasilkan satu fosforilasi substrat ADP per moiekulmenjadi asetaldehida yang kemudian digunakan untukmengoksidasi NADH, menghasilkan produk netral, yaitu glukosa yang difermentasi. Mengapa jalur alternatif untuketanol. lalur yang diambil ditentukan oleh riwayat .evolusi fermentasi glukosa dipilih pada kondisi lingkungan alami?.organisme, au\" p.-uau sebagian mikroorganisme, oleh kondisi Untuk menjawab pertanyaan ini, terdapat dua fakta yang harus diingat. Pertama, dalam kompetisi pertumbuhanpertumbuhan. langsung antara dua spesies mikroba, laju penggunaan substrat dapat menjadi lebih penting dibandingkan jumlahD. Fermentasi Entner-Doudoroff & pertumbuhan. Kedua, glukosa hanyalah satu di antara banyakHeterolaktat karbohidrat yang dijumpai mikroorganisme dalam lingkung- an alaminya. Pentosa, misalnya, dapat difermentasi secaraJalur-jalur alternatif untuk fermentasi glukosa meliputi bebe- cukup efisien meialui jalur heterolaktat.rapa reaksi enzim khusus, dan reaksi-reaksi ini diperlihatkan E. Variasi-variasi tambahan dalam fermentasipada Gambar 6-23. lalw Entner-Doudoroff memisah dari karbohidratjalur-jalur metabolisme karbohidrat lainnya melalui dehidrasi |alur-jalur untuk fermentasi karbohidrat dapat mengako-6-fosfoglukonat, diikuti dengan reaksi aldolase yang modasi substrat yang jauh lebih banyak daripada yang disebutkan di sini, dan produk akhirnya mungkin jauh lebihmenghasilkan piruvat dan triosa fosfat (Gambat 6-23A). beragam dibandingkan anggapan kita sejauh ini. Sebagai contoh, terdapat banyak mekanisme untuk mengoksidasiFermentasi heterolaktat dan beberapa jalur fermentatif NADH dengan memanfaatkan piruvat. Salah satu jalur semacam ini adalah pembentukan suksinat melalui reduksi.lainnya bergantung pada suatu reaksi fosfoketolase (Gambar Banyak bakteri yang penting secara klinis membentuk piruvat dari glukosa melalui jalur Embden-Meyerhof, dan bakteri-6 -238) y ang secara fosforolitik memutus sebuah keto sefo sfat bakteri tersebut dapat dibedakan menurut dasar produkuntuk menghasilkan asetil fosfat dan triosa fosfat' Asam reduksi yang dihasilkan dari piruvat yang mencerminkananhidrida asetil fosfat dapat digunakan untuk menyintesis komposisi enzimatik spesies yang berbeda-beda. ProdukATP atau memungkinkan oksidasi dua molekul NADH utama fermentasi yang dicantumkan dalam Tabel 6-1,menjadi NAD* saat asetil fosfat tersebut direduksi menjadi merupakan dasar untuk banyak uji diagnostik.etanol. F. Fermentasi substrat-substrat Lain Coz- Karbohidrat jelas bukan satu-satunya substrat yang dapat difermentasi. Metaboiisme asam amino, purin, dan pirimidin L-U juga memungkinkan terjadinya fosforilasi substrat' Misalnya, arginin dapat berperan sebagai sumber energi dengan I membentuk karbamoil fosfat yang dapat digunakan untuk memfosforilasi ADP menjadi ATP. Beberapa organisme CH: memfermentasi pasangan-pasangan asam amino, meng- gunakan satu asam amino sebagai donor elektron dan yang Piruvat // \-- co. iainnya sebagai akseptor elektron.rNADH+H+ / \\nl Pola-Pola Respirasi V NAD*--rl c:o Respirasi memerlukan membran yang tertutup. Pada bakteri, membran yang dimaksud adalah membran sel' Elektron p I dipindahkan dari reduktor kimiawi ke oksidator kimiawicoz cHr melalui serangkaian karier elektron yang spesifik di dalam membran, dan sebagai akibatnya, timbul gaya proton motif I Asetaldehid (Gambar 6-26); kembalinya proton melewati membranCHOH \ \r runoH+u. digabung ke sintesis ATP. Seperti yang tampak pada Gambar \\r\, NAD\" 6-26, reduktor biologis untuk respirasi sering kali merupakan I NADH, dan oksidator yang lazim adalah oksigen. cH20HCH:Laktat I CH: EtanolGAMBAR 6-22 Dua mekanisme biokimiawi yang menunjukkanbahwa piruvat dapat mengoksidasi NADH. Kiri: Pembentukanlaktat secara langsuhg yang menyebabkan produksi bersih asamlaktat acid dari glukosa. Kanan: Pembentukan produk netral, yaitukarbon dioksida dan etanol (ethanol).

94 BAGIAN I * Dasar-DasarMikrobiologi TABEL 6-1 Fermentasi Mikroba Berdasarkan Jalur Embden-Meyerhof Beberapa fungi (khususnya beberapa ragi) Etanol. CO.Laktat {heterofermentasi) Enterobacter, Aeromonos, Bacillus polymyxa Etanol\" asetoin, 2,3-butilen glikol, COr, laktat, asetat, format (,total asam = 21 mol\")Campuran asam Esch eric h i a, Sol ma n el Ia, 5h ige Ila, Prote u s Lactat, asetat, format, sukinat, Hr, COr, etanol (total asam = 159 mol\")'Per 1 00 mol glukosa yang difermentasi cto' \"- cto' \"- ccto':\"o- HCOH C:O I I I CH: Piruvat HOCH ctH' \" cHo I HCOH I HCOH I HCtO-H I HCOH cH2oPo3,- HCOH lHroeor,- Gliseraldehid I 2-Keto-3-deoksi- 3-fosfat 6-fosfoglukonat cH2oP032-6-Fosfoglukonat ctH-ToH oil- C:O cH3coPo3,- I Asetil fosfat HOCH cHo I I HCOH HCtO-H cH2oPo32- I Gliseraldehid cH2oP032 3-fosfat Selulosa S-fosfatGAMBAR 6-23 Reaksi-reaksi yang berkaitan dengan jalur-jalur spesifik fermentasi karbohidrat. A: Reaksi dehidratase dan aldolasedigunakan dalam jalur Entner-Doudoroff. B: Reaksi fosfoketolase. Reaksi ini, yang ditemukan dalam beberapa jalur untuk fermentasikarbohidrat, membentuk asam anhidrida asetil fosfat campuran yang dapat digunakan untuk fosforilasi substrat ADP.

BAB 6 .1. Metabolisme Mikroba 95 Glukosa Glukosa l.- aw l.- xe |* ooo I Glukosa 6-fosfat f** noe runo- Glukosa 6-fosfat fz- NAD+ (Lihat Gambar f* runoH*H* 6-5 dan 6-6) 6-Fosfoglukonat *'rt\co, NADH+H+ NAD+ trot (LihatGambar 6-23A) NADH+H+ l- Pentosa 5-fosfat (Lihat Gambar 6-23B) I{} OTrPiruvat Triosa fosfat iosa fosfat[z-- runoH+H* [2.- runo cur[oeor2- [z- runo. |t- *oo- |t- *oor*, Asetil fosfat lt- *oor*r*Laktat (-I ADp lz'- runoH+H* lz- ADP (Lihat Gambar 6-7) |t *oo. l\[ ,t'nat Gambar 6-7) |o oto nrP [z-- runoH+H* I |\"- *oo. I I cH3cH20H I / noe Etanol 11 eoe l'* o* |** o'o Piruvat Pi ruvat runoH+H. runoH+H* [2,- fz- |* *oo- {'* Laktat ^rno* LaktatGAMBAR 6-24 Jalur E n tn er- Do u d o roff GAMBAR 6-25 Fermentasi heterolaktat glukosa. Keragaman mikroba yang luar biasa terlihat pada sumber- Beberapa bakteri yang disebut kemolitotrof mamPusumber reduktor yang digunakan untuk membentuk NADH, menggunakan reduktor anorganik uniuk respirasi. Sumber- sumber energi ini, meliputi hidrogen, besi ferosa, dan bebe-dan banyak mikroorganisme dapat menggunakan akseptorelektron selain oksigen. Substratpertumbuhan organikdiubah rapa bentuk suifur dan nitrogen tereduksi. ATP yang berasalmenjadi metabolit fokal yang dapat mereduksi NAD. menjadiNADH melalui pintas heksosa monofosfat (Gambar 6-6) atau dari respirasi dan NADPH yang dibentuk dari reduktor dapatmelalui siklus asam trikarboksilat (Gambar 6-10). Reduktor digunakan untuk menjalankan siklus Calvin (Gambar 6-12).tambahan dapat dibentuk selama pemecahan beberapasubstrat pertumbuhan, misalnya, asam lemak (Gambar 6-9). Senyawa dan ion selain O, dapat digunakan sebagai oksidator terminal dalam respirasi. Kemampuan ini, yaitu kapasitas untuk melakukan respirasi anaerobik merupakan

96 BAGIAN I * Dasar-Dasar Mikrobiologi 2H+ Membra'n Bakteri-bakteri ini memiliki fotosistem tunggal yang tidak 2H memungkinkan reduksi NADP. yang sangat eksergonik I dengan menggunakan air, meskipun cukup untuk me- 2e' I nyediakan energi bagi sintesis ATP dan bagi pembentukan gradien ionik transmembran yang esensial. Proses ini, yangMediuml penting bagi fotosintesis penghasil-oksigen, bergantung pada energi tambahan dari penggabungan dua peristiwa foto- 2H+ +Pi kimiawi yang berbeda, dijalankan oleh dua sistem fotokimiawi1 H+ yang independen. Di antara prokariota, sifat ini hanyaI ditemukan pada sianobakteri (bakteri biru-hijau). Di antara organisme eukariota, sifat ini dimiliki bersama oleh alga danGAMBAR 6-26 Penggabungan transpor elektron dalam respirasi tanaman yang memiliki organel esensial penyedia-energi,ke pembentukan ATP. Pergerakan proton dan elektron yangditunjukkan pada gambar diperantarai oleh karier (flavoprotein, berupa kloroplas.kuinon, sitokrom) yang terkait membran. AIiran proton mengikuti p€ruGega.5 ffi &ru getu#R-i*LUR ffi g?&€GLgKgrad ien elektrokimiawinya,melaluiATPase membran,menyed iakanenergi untuk pembentukan ATP dari ADP dan P. Lihat teks untuk Dalam lingkungan normal, sel-sel mikroba umumnyapenjelasan. nengatur jalur-jalur metaboliknya sehingga tidak ada zat antara yang diproduksi berlebihan. Tiap reaksi metaboliksifat mikroba yang tersebar luas. Akseptor elektron yang dapat diatur bukan hanya terhadap reaksi-reaksi metabolik lain didigunakan, meliputi nitrate, sulfate, dan karbon dioksida. dalam sel, melainkan juga terhadap kadar-kadar nutrienMetabolisme respiratorik yang bergantung pada karbon dalam lingkungan. Dengan demikian, jika sumber karbondioksida sebagai akseptor elektron merupakan sifat yang yang tersedia secara acak tiba-tiba terdapat dalam jumlahditemukan pada perwakilan sebuah grup besar mikroba, yaitu berlimpah, enzim-enzim yang diperlukan untuk katabolismearchaebacteria. Wakil-wakil grup ini memiliki, misainya, zat tersebut akan meningkat baik dalarn jumlah maupun aktivitas, sebaliknya, jika blok pembangun (misalnya, asamkemampuan untuk mereduksi karbon dioksida menjadi asetat amino) tiba-tiba menjadi berkelimpahan, enzim-enzim yxngsebagai mekanisme untuk menghasilkan energi metabolik. dibutuhkan untuk biosintesis blok pembangun tersebut akan menurun dalam hal jumlah dan aktivitas.Fotosintesis Bakteri Pengaturan aktivitas enzim maupun sintesis enzim me-Organisme fotosintetik menggunakan energi cahaya untukmemisahkan muatan elektronik, untuk membentuk reduktor nyediakan kendali hahs (fine control) sekaligus kendalidan oksidator terkait-membran sebagai hasil proses foto- kasar (coarse control) bagi jalur metabolik. Sebagai contoh,kimiawi. Pemindahan elektron dari reduirtor ke oksidatormenciptakan gaya proton motif. Banyak bakteri rnelang- penghambatan aktivitas enzim oleh produk akhir suatu jalursungkan metabolisme fotosintetik yang sepenuhnya bebas merupakan mekanisme kendali halus karena aliran karbonoksigen. Cahaya digunakan sebagai sumber energi metabolik, melah\"ri jalur tersebut diatur secara akurat dan segera. Di sisidan karbon untukpertumbuhan diambil dari senyawa organik lain, penghambatan sintesis enzim oleh prodr\"rk akhir yang(fotoheterotrof) atau dari kombinasi reduktor anorganik sama merupakan mekanisme kendali kasar. Molekul enzim(misalnya, tiosulfat) dengan karbon dioksida (fotolitotrof). yang telah ada terus berfungsi hingga konsentrasi enzim tersebut sedemikian rendah akibat pertumbuhan sel yang berkelanjutan, meskipun sintesis protein yang tidak diperlukan akan segera terhenti. Mekanisme pengaturan aktivitas enzim oleh sel dibahas dalam bagian berikut. Pengaturan sintesis enzim dibicarakan dalam Bab 7. Pengaturan Aktivitas Enzim A. Enzim-enzim sebagai protein alosterik Pada banyak keadaan, aktivitas suatu enzim yang mengatalisis langkah dini dalam suatu jalur metabolik dihambat oleh produk akhir jalur tersebut. Namun, inhibisi semacam ini tidak boleh bergantung pada kompetisi memperebutkan lokasi pengikatan substrat enzim karena struktur produk akhir dan zat antara awal (substrat) biasanya cukup berbeda. Sebaliknya, inhibisi bergantung pada fakta bahwa enzim-

BAB 6 * Metabolisme Mikroba 97enzim yang diregulasi merupakan alosterik. Tiap enzim dibayangkan. Produk akhir pada tiap kasus menghambatbukan hanya memiliki satu tempat katalitik yang mengikat aktivitas enzim pertama-dan hanya enzim pertama-dalamsubstrat, melainkan juga satu atau lebih tempat lain yang jalur tersebut secara alosterik. Sebagai contoh, langkahmengikat molekul-molekul pengatur kecil, atau efektor. pertama dalam biosintesis isoleusin, yang tidak melibatkanPengikatan suatu efektor ke tempatnya menyebabkan jalur lain, adalah konversi L-treonin menjadi q-asamperubahan konformasi dalam enzim sedemikian rupa ketobutirat, yang dikatalisis oleh treonin deaminase. Treoninsehingga afinitas tempat katalitik terhadap substrat menurun deaminase dihambat secara alosterik dan spesifik oleh('inhPibriostieailno-spteroritke)inataaulomsetenrinikgkbaitas(aakntiyvaasiolaigloosmteerirki)k.. Pada L-isoleusin, dan bukan oleh senyawa lain (Gambar 6-27);sebagian kondisi, subunit-subunit protein tersebut bersifat keempat enzim lain pada jalur ini tidak terpengaruhidentik, tiap subunit memiliki tempat katalitik sekaligustempat efektor; pada kasus lain, subunit-subunit tersebut (meskipun sintesis keempat enzim tersebut tertekan).berbeda-beda, satu jenis subunit hanya memiliki satu tempatkatalitik, dan jenis subunit lain hanya memiliki satu tempat C. Aktivasi alosterikefektor. Pada sebagian keadaan, sel akan mendapat manfaat jika suatu produk akhir atau zat anrara mengaktifkan, bukan meng-B. lnhibisiumpan balik hambat enzim tertentu. Pada pemecahan glukosa oleh E. coli, misalnya, produksi berlebihan zat antara glukosa 6-fosfat danMekanisme umum yang telah berkembang dalam mikro- fosfoenolpiruvat akan memberikan sinyal untuk pengalihanorganisme untuk mengatur aliran karbon melalui jalur-jalurbiosintetik merupakan mekanisme paling efisien yang dapat sebagian glukosa ke jalur sintesis glikogen. Hal ini dicapai melalui aktivasi alosterik enzim yang mengubah glukosa 1 -fosfat menjadi ADP-glukosa(Gambar 6-28). t + ir-Treonint-lreontn I +------cleamrnase II I I Irt* a-Aseto-q- ? Io,B-Dihidroksi- __ _lI_-_l hidroksibutiraa ;cturt-iKraet t*o- p-metilvalerat L-lsoleusin t cr-Keto-p- I metilvalerat A I tI I E1 E2 iI E3 E^ I o-Aseto- t cr,B-Dihidroksi- i cr-Keto- I t laktat t isovalerat i isovalerat { i YI t tPiruvat ------+ I t t t I i IGAMBAR 6-27 lnhibisi umpan balik L-treonin deaminase oleh r-isoleucin (garis putus-putus). Jalur-jalur untuk biosintesis isoleusin danvalin di antarai oleh serangkaian empat enzim yang umum, seperti yang diperlihatkan.

98 BAGIAN I * Dasar-DasarMikrobiologi Glukosa I **-> Glukosa l-fosfat ADP -Glukosa I Y Glukosa 6-fosfat I tl tll I tltlll ltll * Fruktosa 6-fosfat Glikogen rlw ----- nor tl tlllIIII Fruktosa 1,6-difosfalIIIIII YII 3-Fosfog I iseratIIIIII+I Fosfoenolpiruvat AMP ----- e I w --*-----' GAMBAR 6-28 Regulasi pemanfaatan + *glukosa oleh gabungan aktivasi alosterik Piruvat dan inhibisi alosterikE (Direproduksi atas izin dari Stanier Rl Adelberg EA, lngraham I JL: The M icrobial World, 4rh ed. Prentice-Hall, 1976.)D. Kooperativitas PHEATAruYAAru UIAruGAFEBanyak enzim oligomerik, yang memiliki lebih dari satu 1. Sintesis komponen sel manakah yang terdapat di bawahtempat pengikatan substrat, menunjukkan interaksikooperatifantarmolekul substrat. Pengikatan suatu substrat oleh satu ini yang bergantung pada suatu cetakan?tempat katalitik meningkatkan afinitas tempat-tempat lainterhadap molekul substrat tambahan. Hasil bersih interaksi (A) Liposakaridaini adalah untuk menghasilkan pertambahan eksponensial (B) Peptidoglikan (C) Polisakarida kapsuldalam aktivitas katalitik sebagai respons terhadap pertambah- (D) Asam deoksiribonukleatan aritmetika dalam konsentrasi substrat. (E) Fosfolipid 2. Sintesis komponen sel manakah yang terdapat di bawahE. Modifikasi kovalen enzim-enzim ini yang sepenuhnya ditentukan oleh spesifisitas enzim?Sifat regulatorik beberapa enzim diubah oleh modifikasikovalen protein. Sebagai contoh, respons glutamin sintetase (A) DNAterhadap efektor'metabolik diubah oleh adenililasi, yaitu (B) RNA ribosompelekatan ADP ke rantai samping spesifik tirosil dalam tiap (C) Flagelasubunit enzim secara kovaien. Enzim-enzim yang me- (D) Lipopolisakaridangendalikan adenililasi juga dikendalikan melalui modifikasi (E) Proteinkovaien. Aktivitas enzim-enzim lain diubah melalui fosforilasi 3. Langkah-langkah mengawali sintesis peptidoglikanstruktur enzim-enzim tersebut. terjadi dalam sitoplasma, pada membran sitoplasma, danF. lnaktivasienzim di ekstrasel. Antibiotik manakah yang terdapat di bawahAktivitas sebagian enzim dihilangkan melalui hidrolisis.Proses ini dapat diatur dan kadang-kadang ditandai dengan ini yang menghambat langkah ekstraseluler dalammodifikasi kovalen enzim yang menjadi target inaktivasi. biosintesis peptidoglikan? (A; SikJoserin (B) Rifampin (C) Penisilin (D) Basitrasin (E) Streptomisin

BAB 6 .i. Metabolisme Mikroba 994. Asam amino ditemukan dalam protein, peptidoglikan, Downs DM: Understanding microbial metabolism. Annu Rev dan kapsul bakteri. Asam amino manakah yang terdapat Microbiol 2006;60:533 Gibson J, Harwood CS: Metabolic diversityin aromatic compound di bawah ini yang hanya diternukan dalam pepti utilization by anaerobic microbes. Annu Rev Microbiol doglikan? 2002;56:345. [PMID: 12142480] (A) L-Lisin (B) Asamdiaminopimelat Hillen W, Stiilke: Reguiation of carbon catabolism in Bacillus (C) D-Glutamat species. Annu Rev Microbiol 2000; 54:849. [PMID: (D) L-Alanin (E) Bukan salah satu di atas 1 101814715. Kemampuan untuk menggunakan senyawa dan ion Hurst CJ et al (editors): Manual of Environmental Microbiology,. selain oksigen sebagai oksidator terminal dalam respirasi merupakan ciri mikroba yang tersebar luas. Kemampuan 2nd ed. ASM Press,2002. inidisebut Ishihama A: Functional modulation of Escherichia coll RNA (A) Fotosintesis polymerase. Annu Rev Microbiol 2000;54:499. IPMID: (B) Fermentasi (C) Respirasi anaerobik l 10181361 (D) Fosforilasi substrat (E) Fiksasi nitrogen Leigh fA, Dodsworth )A: Nitrogen regulation in bacteria andJawaban archaea. Annu Rev Microbiol 2007 : 6l:349 Maier RM, Pepper IL, Gerba CP: Environmental Microbiology.1.D2.D Academic Press, 2000.3.C Moat AG, Foster JW: Microbial Physiology,4th ed. Wiley-Liss,4.85.C 2002.REFEREruSI Neidhardt FC et ai (editors): Escherichia coli and Salmonella. Cellular and Molecular Biology, 2nd ed. Vols 1 and 2. ASMAtlas RM, Bartha R: Microbial Ecology: Fundamentals and Press, 1996. Applications, 4th ed. Benjamin Cummings, 1998' Peters JW, Fisher K, Dean DR: Nitrogenase structure and function. Annu Rev Microbiol 1995; 49:335. IPMID 8561464] Roberts IS: The biochemistry and genetics of capsular polysaccharide production in bacteria. Annu Rev Microbiol 1996;50:285. IPMID: 8905082] Russell IB, Cook GM: Energetics of bacterial growth: Balance of anabolic and catabolic reactions. Microbiol Rev 1995;59:48' IPMID: 77080t2) Schaechter M, Ingraham JL, Neidhardt FC Microbe. ASM Press, 2006.