MAKALAH MIKROBA

METABOLISME MIKROBA

Makalah ini Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Mikrobiologi

Dosen Pengampu :

Pujiati, S.Si., M.Si.

Disusun Oleh :

RISZA RISANTY        [11.431.078]

FEBRIA ROSIANA    [11.431.077]

AGNES YULIANTI S [11.431.079]

VIRONIKA ERVINA [11.431.082]

BIOLOGI IVC

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA

IKIP PGRI MADIUN

APRIL 2013

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan karunia, taufik dan hidayah-Nya sehingga penulisan makalah tentang Mikrobiologi yang berjudul “Metabolisme Mikroba” ini dapat diselesaikan sesuai dengan tuntutan proses pembelajaran di Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IKIP PGRI Madiun.

Makalah ini membahas “ Metabolisme Mikroba“ penulis sangat berharap makalah ini dapat membantu dalam mempelajari proses metabolisame pada mikroba.

Ucapan terima kasih untuk semua pihak yang telah membantu penulis sehingga makalah ini dapat terselesaikan. Kritik dan saran sangat penulis harapkan untuk kesempurnaan makalah ini.

                                                                                  

                                                                                              Madiun,       April 2013

                                                                                                          Penulis

DAFTAR ISI

JUDUL............................................................................................................ i

KATA PENGANTAR................................................................................... ii

DAFTAR ISI................................................................................................ iii

BAB I PENDAHULUAN............................................................................. 1

1. Latar Belakang Masalah..................................................................... 1
2. Rumusan Masalah............................................................................... 2
3. Tujuan Penulisan................................................................................. 2

BAB II PEMBAHASAN.............................................................................. 3

1. Anabolisme dan Katabolisme...............................................................

B.     Produksi Energi oleh Mikroba..............................................................

3. Sifat, Mekanisme Kerja dan Faktor Mempengaruh Kerja Enzim.........
4. Peranan dan Penamaan Enzim..............................................................

E.     Pengendalian Enzim.............................................................................

BAB III PENUTUP..................................................................................... 27

1. Simpulan........................................................................................... 27

DAFTAR PUSTAKA................................................................................... iv

BAB I

PENDAHULUAN

A.      Latar Belakang

Dalam kehidupan, mahluk hidup memerlukan energi yang diperoleh dari proses metabolisme. Metabolisme adalah suatu ciri yang dimiliki makhluk hidup yang merupakan serangkaian reaksi kimia di dalam sel. Reaksi-reaksi ini tersusun dalam jalur-jalur metabolisme yang rumit dengan mengubah molekul-molekul melalui tahapan-tahapan tertentu. Secara keseluruhan metabolisme bertanggung jawab terhadap pengaturan materi dan sumber energi dari sel. Metabolisme terjadi pada semua mahluk hidup termasuk kehidupan mikroba.

Metabolisme merupakan serentetan reaksi kimia yang terjadi dalam sel hidup. Dalam metabolisme ada dua fase yaitu katabolisme dan anabolisme. Secara menyeluruh sebagian besar katabolisme adalah respirasi seluler di mana glukosa dan bahan bakar organik yang lain dipecah menjadi karbon dan air dengan membebaskan energi. Energi yang diperoleh disimpan dalam molekul-molekul organik dan digunakan untuk melakukan kerja dari sel. Kebalikan dari katabolisme adalah anabolisme, yang merupakan serangkaian reaksi-reaksi kimia yang membutuhkan energi untuk membentuk molekul-molekul besar dari molekul-molekul yang lebih kecil, misalnya pembentukan protein dari asam amino.

Bila dalam suatu reaksi menghasilkan energi maka disebut reaksi eksergonik dan apabila untuk dapat berlangsungnya suatu reaksi diperlukan energi reaksi ini disebut reaksi endergonik. Kegiatan metabolisme meliputi proses perubahan yang dilakukan untuk sederetan reaksi enzim yang berurutan. Untuk mempercepat laju reaksi-reaksi diperlukan enzim-enzim tertentu pada setiap tahapan reaksi.

B.       Rumusan Masalah

Dari uraian dalam latar belakang, dapat diajukan rumusan masalah sebagai berikut:

1)      Apa pengertian dari anabolisme dan katabolisme?

2)      Dari apa saja produksi energi oleh mikroba?

3)      Apa saja sifat enzim dan faktor yang mempengaruhi kerja enzim?

4)      Bagaimana mekanisme kerja enzim?

5)      Bagaimana peranan dan penamaan enzim?

6)      Bagaimana pengendalian enzim terjadi?

C.      Tujuan

Setelah menelaah latar belakang pembuatan makalah, maka dapat dirumuskan menjadi suatu tujuan pembuatan makalah sebagai berikut:

1)      Untuk menegetahui pengertian dari anabolisme dan katabolisme.

2)      Untuk mengetahui  produksi energi oleh mikroba.

3)      Untuk menegetahui sifat, mekanisme kerja dan faktor yang mempengaruhi kerja enzim.

4)      Untuk mengetahui mekanisme kerja enzim.

5)      Untuk mengetahui  peranan dan penamaan enzim.

6)      Untuk mengetahui  terjadinya pengendalian enzim.

BAB II

PEMBAHASAN

A.      ANABOLISME DAN KATABOLISME

Metabolisme merupakan seluruh peristiwa reaksi-reaksi kimia yang berlangsung dala sel makhluk hidup. Metabolisme terdiri atas dua proses, yaitu anabolisme dan katabolisme.

Anabolisme adalah penyusunan senyawa kimia sederhana menjadi senyawa kimia atau molekul komplek (Prawirohartono dan Hadisumarto, 1997). Pada peristiwa ini diperlukan energi dari luar. Energi yang digunakan dalam reaksi ini dapat berupa energi cahaya ataupun energi kimia. Energi tersebut, selanjutnya digunakan untuk mengikat senyawa-senyawa sederhana tersebut menjadi senyawa yang lebih kompleks. Jadi, dalam proses ini energi yang diperlukan tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan dalam bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks yang terbentuk. Energi yang digunakan dalam anabolisme dapat berupa energi cahaya atau energi kimia. Anabolisme yang menggunakan energi cahaya dikenal dengan fotosintesis, sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia dikenal dengan kemosintesis.

Katabolisme adalah reaksi pemecahan/pembongkaran senyawa kompleks menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana dengan menghasilkan energi yang dapat digunakan organisme untuk melakukan aktivitasnya. Fungsi reaksi katabolisme adalah untuk menyediakan energi dan komponen yang dibutuhkan oleh reaksi anabolisme.

Gambar Anabolisme dan Katabolisme

B.       PRODUKSI ENERGI OLEH MIKROBA (RESPIRASI, FERMENTASI DAN FOTOSINTESIS)

Sel-sel bakteri seperti halnya sel semua organisme  hidup, umumnya  melakukan aktivitas kehidupan untuk kelangsungan hidupnya. Semua sel membutuhkan suatu sumber energi. Walaupun sangat beraneka ragam jenis substansi yang berperan sebagai sumber energi bagi mikroorganisme, namun terdapat pola dasar metabolisme yang sangat sederhana yaitu terjadi perubahan dari satu bentuk energi yang kompleks menjadi bentuk energi yang lebih sederhana, sehingga dapat masuk ke dalam rangkaian metabolik.

Bakteri dapat mengubah zat kimia dan energi radiasi  kebentuk yang berguna untuk kehidupannya melalui proses respirasi, fermentasi dan fotosintesis. Dalam respirasi, molekul oksigen  adalah penerima elektron utama, sementara dalam fermentasi molekul bahan makanan biasanya pecah menjadi dua bagian, dimana yang satu kemudian dioksidasi oleh yang lainnya. Dalam fotosintesis, energi cahaya diubah menjadi energi kimia. Bagaimanapun, dalam semua jenis sel dan tanpa menghiraukan mekanisme yang digunakan untuk mengekstrak energi, reaksi tersebut diiringi oleh pembentukan Adenosine Triphosphate (ATP). ATP adalah perantara yang umum (reaktan)  baik dalam reaksi yang menghasilkan energi maupun reaksi-reaksi yang membutuhkan energi dan pembentukannya memerlukan mekanisme dimana  energi yang tersedia dapat disalurkan kedalam reaksi biosintesis dari sel yang memerlukan energi.

1.    Respirasi

Respirasi merupakan proses disimilasi, yaitu proses penguraian zat yang membebaskan energi kimia yang tersimpan dalam suatu senyawa organik. Dalam proses ini, terjadi pembongkaran suatu zat makanan sehingga menghasilkan energi yang diperlukan oleh organisme tersebut. Saat molekul terurai menjadi molekul yang lebih kecil, terjadi pelepasan energi, reaksinya disebut eksorgenik. Respirasi merupakan salah satu dari reaksi katabolik. Berdasarkan kebutuhan terhadap oksigen bebas, respirasi dibedakan atas dua macam, yaitu:

A.      Respirasi aerob, yaitu respirasi yang membutuhkan oksigen bebas. Pada proses ini, oksigen merupakan senyawa penerima hidrogen akhir.

B.       Respirasi anaerob, yaitu respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas. Pada proses ini, senyawa seperti asam piruvat dan asetaldehid berfungsi sebagai penerima hidrogen terakhir.

A.       Respirasi Aerob

Respirasi secara aerob, terjadi didalam sitoplasma dan berlangsung melalui empat tahap, yaitu:

1)   Glikolisis

Glikolisis merupakan pengubahan glukosa menjadi piruvat dan ATP tanpa membutuhkan oksigen. Proses glikolisis terdiri atas 10 tahap, yaitu:

a)        Tahap 1:

Glukosa yang masuk kedalam sel mengalami fosfolirasi dengan bantuan enzim heksokinase dan menghasilkan glukosa 6-fosfat. Untuk keperluan ini ATP diubah menjadi ADP agar diperoleh energi.

b)        Tahap 2:

Glukosa 6-fosfat diubah oleh enzim fosfoglukoisomerase menjadi bentuk isomernya berupa fruktosa 6-fosfat.

c)        Tahap 3:

Dengan menggunakan energi hasil perubahan ATP menjadi ADP, fruktosa 6-fosfat diubah oleh enzim fosfofruktokinase menjadi fruktosa 1,6-bifosfat

d)       Tahap 4:

Enzim aldolase mengubah fruktosa 1,6-bifosfat menjadi dihidroksiaseton fosfat dan gliseraldehida fosfat.

e)        Tahap 5:

Terjadi perubahan reaksi bolak balik antara dihidroksi aseton fosfat dengan gliseraldehid fosfat sehingga akhirnya hanya gliseraldehid fosfat saja yang digunakan untuk reaksi berikutnya.

f)         Tahap 6:

Melalui bantuan enzim triosofosfat dehidrogenase, terjadi perubahan dari gliseraldehid fosfat menjadi 1,3-bifogliserat. Dalam tahap ini juga terjadi transfer elektron sehingga NAD berubah menjadi NADH, serta pengikatan fosfat anorganik dari sitoplasma.

g)        Tahap 7:

Terjadi perubahan dari 1,3-bifogliserat menjadi 3-fosfogliserat dengan bantuan enzim fosfogliserokinase. Pada tahap ini juga terjadi pembentukan dua molekul ATP dengan menggunakan gugus fosfat yang sudah ada pada reaksi sebelumnya.

h)        Tahap 8:

Terjadi perubahan 3-fosfogliserat menjadi 2-fosfogliserat karena enzim fosfogliseromutase memindahkan gugus fosfatnya.

i)          Tahap 9:

Terjadi pembentukan fosfoenol piruvat (PEP) dan 2-fosfogliserat dengan bantuan enzim enolase, sekaligus juga terjadi pembentukan 2 molekul air.

j)          Tahap 10:

Terjadi perubahan fosfoenol piruvat (PEP) menjadi asam piruvat dengan enzim piruvatkinase, serta terjadi pembentukan 2 molekul ATP

Gambar Proses Glikolisis

Dengan demikian, pada akhir glikolisis akan dihasilkan 2 molekul asam piruvat yang berkarbon 3, 2 ATP dan 2 NADH dari setiap perubahan 1 molekul glukosa.

2)   Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat berlangsung didalam mitokondria dan merupakan reaksi kimia yang mengawali siklus krebs. Dalam peristiwaini terjadi perubahan asam piruvat menjadi molekul asetil-KoA. Asetil KoA merupakan senyawa berkarbon dua. Dalam dua peristiwa ini juga dihasilkan satu molekul NADH untuk setiap pengubahan molekul asam piruvat menjadi asetil-KoA.

      Gambar Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

3)   Siklus Krebs (Daur Asam Sitrat)

Kondisi aerob dalam organisme berlangsung pada dua tahapan berikutnya, yaitu siklus krebs dan transpor elektron. Pada organisme eukariotik, proses ini berlangsung pada matriks dalam mitokondira sedangkan pada prokariotik, berlangsung dalam sitoplasma. Tahapan siklus krebs adalah sebagai berikut:

a)        Asam piruvat dari proses glikolisis, selanjutnya masuk ke siklus krebs setelah bereaksi dengan NAD+ (Nikotinamida adenine dinukleotida) dan ko-enzim A atau Ko-A, membentuk asetil Ko-A. Dalam peristiwa ini, CO2 dan NADH dibebaskan. Perubahan kandungan C dari 3C (asam piruvat) menjadi 2C (asetil ko-A).

b)        Reaksi antara asetil Ko-A (2C) dengan asam oksalo asetat (4C) dan terbentuk asam sitrat (6C). Dalam peristiwa ini, Ko-A dibebaskan kembali.

c)        Asam sitrat (6C) dengan NAD+ membentuk asam alfa ketoglutarat (5C) dengan membebaskan CO2.

d)       Peristiwa berikut agak kompleks, yaitu pembentukan asam suksinat (4C) setelah bereaksi dengan NAD+ dengan membebaskan NADH, CO2 dan menghasilkan ATP setelah bereaksi dengan ADP dan asam fosfat anorganik.

e)        Asam suksinat yang terbentuk, kemudian bereaksi dengan FAD (Flarine Adenine Dinucleotida) dan membentuk asam malat (4C) dengan membebaskan FADH2.

f)         Asam malat (4C) kemudian bereaksi dengan NAD+ dan membentuk asam oksaloasetat (4C) dengan membebaskan NADH, karena asam oksalo asetat akan kembali dengan asetil ko-A seperti langkah ke 2 di atas.

Dapat disimpulkan bahwa siklus krebs merupakan tahap kedua dalam respirasi aerob yang mempunyai tiga fungsi, yaitu menghasilkan NADH, FADH2, ATP serta membentuk kembali oksaloasetat. Oksaloasetat ini berfungsi untuk siklus krebs selanjutnya. Dalam siklus krebs, dihasilkan 6 NADH, 2 FADH2, dan 2 ATP.

Gambar Siklus Krebs

4)   Transpor Elektron

Pada dasarnya, transpor elektron merupakan peristiwa pemindahan elaktron dari . Elektron tersebut berasal dari NADH dan FADH dari suatu substrat ke substrat lain secara berantai disertai pembentukan ATP melalui proses Fosforilasi okeidatif. Fosforilasi oksidatif merupakan proses penambahan gugus posfat anorganik ke molekul ADP. Dalam transpor elektron, yang menjadi penerima elektron terakhir adalah oksigen sehingga pada akhir peristiwa ini terbentuk O. NADH dan FADH dalam transpor elektron berfungsi sebagai senyawa pereduksi yangmenghasilkan ion hidrogen. Setiap molekul NADH yang memasuki rantai transpor elektron akan menghasilkan 3 molekul ATP, dan setiap molekul FAD akan menghasilkan 2 molekul ATP.

B.  Respirasi Anaerob (Fermentasi)

Fermentasi adalah proses pembebasan energi tanpa oksigen. Ciri-ciri dari fermentasi adalah:

1.    Terjadi pada organisme yang tidak membutuhkan oksigen bebas.

2.    Tidak terjadi penyaluran elektron ke siklus krebs dan transpor elektron.

3.    Energi (ATP) yang terbentuk lebih sedikit jika dibandingkan dengan respirasi aerob yaitu 2 molekul ATP setiap mol glukosa.

4.    Jalur yang ditempuh ialah glikolisis dan pembentukan alkohol (fermentasi alkohol) dan pembentukan asam laktat.

5.    Menghasilkan produk berupa asam-asam organik, alkohol dan gas.

6.    Organisme anaerobik juga menghasilkan energi, yaitu melalui reaksi-reaksi yang disebut fermentasi yang menggunakan bahan organik sebagai donor dan akseptor elektron. Bakteri anaerobik fakultatif dan bakteri anaerobik obligat menggunakan berbagai macam fermentasi untuk menghasilkan energi. Misalnya pada bakteri Streptococus lactis menggunakan fermentasi asam laktat untuk perolehan energi yaitu dengan menguraikan glukosa menjadi asam laktat melalui proses glikolisis, satu molekul glukosa diubah menjadi dua molekul asam piruvat disertai dengan pembentukan dua NADH + . Asam piruvat tersebut diubah menjadi asam laktat dalam reaksi berikut: 

  COOH                                               COOH

     2 C = 0 + 2NADH + 2            2H – C – OH + 2NA

        C                                                    C

Jalur-Jalur Fermentasi

Sebagaimana ditujukkan dalam skema di atas, selain menghasilkan asam piruvat sebagai produk akhir juga dihasilkan 2 molekul NHDH yang harus dioksidasi. Tergantung pada tipe mikroorganismenya asam piruvat (CH3COCOOH) dimetabolisme lebih lanjut untuk menghasilkan produk akhir fermentasi sebagaimana ditunjukkan dalam skema berikut: 

a)      Fermentasi Asam homolaktat

Dilakukan oleh beberapa bakteri Streptococcus dan Laktobacillus.          

b)      Fermentasi Alkohol

Dilakukan oleh Yeast.

c)      Fermentasi Asam Campuran

Escherichia coli dan beberapa bacteri anterik lainnya.

        

d)     Fermentasi butylen-glikol

Enterobacter, Pseudomonas dan Bacillus.

 

e)      Fermentasi Asam propionat

Dilakukan oleh Propioniacterium dan Veillonela.

CO2

asam piruvat……………………asam asetat

2 oksalo asetat

2CO2

enzyme bond

2 asam suksinat

propionil Co A

         asam propionat

                              suksinil Co A

2 methil malonil Co A

Energi yang bergabung dalam ikatan propiionil Co A disimpan oleh reaksi  propionil Co A dengan asam ukinat membentuk suksinil CoA dan asam propionat bebas. Selanjutnya CO2 yang dibebaskan dari decarboksilasi metil malonil CoA tetap berikatan dengan enzim yang mengandung biotin yang akan mentransfer CO2 kepada asam piruvat membentuk asam aksalo asetat. Organisma ini juga dapat membentuk oksalo asetat dari reaksi PRP (Phosphoenol piruvat) dengan CO2 bebas.

f)       Fermentasi Asam Butirat, butanol dan aseton

Bakteri yang melakukan fermentasi tersebut adalah Clostridium.

Dari skema tersebut dapat diketahui bahwa berbagai macam senyawa yang dapat berperan sebagai aseptor elektron terakhir. Jadi produk akhir dari fermentasi juga bervariasi. Dalam hal fermentasi asam laktat atau alkohol, hanya satu macam. Pada fermentasi lain seperti campuran asam atau asam butirat menggunakan bermacam aseptor elektron dan produk fermentasi juga bervariasi. Tidak semua bakteri melakukan metabolisma gula melalui jalur embden-meyerhof, tetapi ada beberapa alternatif penguraian glukosa menghasilkan tipe fermentasi.

Tabel berikut merupakan tipe-tipe fermentasi pada mikroba.

2.    Fotosintesis

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan karbohidrat yang dilakukan oleh tumbuhan, terutama tumbuhan yang mengandung zat hijau daun atau klorofil. Selain tumbuhan berklorofil, makhluk hidup non-klorofil lain yang berfotosintesis adalah alga dan beberapa jenis bakteri. Organisme ini berfotosintesis dengan menggunakan zat hara, karbon dioksida dan air serta bantuan energi cahaya matahari.

 Terjadi pada algae, tumbuhan dan beberapa prokariotik:

• Terdiri atas 2 reaksi  utama: Photophosphorylation (reaksi terang) dan fiksasi karbon dioksida (reaksi gelap).

1.        Photophosphorylation (Reaksi terang)

Pada reaksi terang, cahaya mengenai klorofil a yang menyebabkan elektron tereksitasi sehingga mempunyai energi lebih tinggi. Dalam satu rangkaian reaksi kimia, energi tersebut akan diubah menjadi ATP dan NADPH. Air akan terurai dan melepaskan oksigen sebagai satu produk reaksi. ATP dan NADPH akan digunakan untuk membuat karbohidrat pada reaksi gelap.

2.        Fiksasi Karbon Dioksida (Reaksi Gelap)

Fiksasi karbon dikenal sebagai reaksi gelap. Enam molekul gas asam arang masuk ke dalam sel melalui stomata dan akan diikat oleh ribulosa bifosfat (RuBP). RuBP merupakan suatu senyawa berkarbon 5 yang akan diubah menjadi satu molekul gula. Peristiwa ini terjadi di dalam stroma dan telah diperkenalkan oleh Melvin Calvin sehingga selanjutnya dikenal dengan siklus calvin.

Pada kelompok bakteri dapat dibedakan atas: anoxygenic dan oxygenic photosynthesis.

a.       Anoxygenic Photosynthesis

        Proses fotosintesis yang tidak menghasilkan O2 dan H2S berperan sebagai donor elektron. Anoxygenic photosynthesis ditemukan pada:

• Green sulfur bacteria (e.g. Chlorobium)

• Green nonsulfur bacteria (e.g. Chloroflexus)

• Purple sulfur bacteria (e.g. Chromatium)

• Purple nonsulfur bacteria (e.g. Rhodobacter)

        Donor Electron  bervariasi:

• H2S atau senyawa organik pada  green dan purple sulfur bacteria.

• H2 atau senyawa organik pada  green and purple nonsulfur bacteria.

        Hanya memiliki satu fotosistem

• Pada green bacteria, photosystem sama dengan PSI.

• Pada purple bacteria, photosystem sama dengan PSII.

        Fungsi utama adalah menghasilkan ATP melalui cyclic photophosphorylation.

b.      Oxygenic photosynthesis

        Proses fotosintesis yang menghasilkan O2 dan H2S berperan sebagai donor elektron.

        Ditemukan pada Cyanobacteria (blue-green algae) dan organisme eukariotik yang memiliki kloroplas.

        Donor electron adalah H2O: teroksidasi membentuk O2.

        Melalui 2 fotosistem yaitu PSI dan PSII.

        Fungsi umum menghasilkan NADPH dan ATP untuk fiksasi karbon.

C.      STRUKTUR ENZIM

Enzim merupakan substansi yang ada dalam sel dalam jumlah yang amat kecil dan mampu menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan yang berkaitan dengan proses-proses seluler dan kehidupan. Nama lain dari enzim adalah fermen; nama enzim berasal dari bahasa Yunani yang berarti “dalam ragi”.

Keseluruhan bagian enzim yang disebut holoenzim tersusun atas dua komponen utama, yaitu komponen protein (apoenzim) dan komponen nonprotein (gugus prostetik). Fungsi enzim sangat ditentukan oleh gugus apoenzimnya karena pada bagian tertentu merupakan tempat melekatnya substrat dan sekaligus tempat mereksikan substrat. Bagian pada gugus protein yang berfungsi sebagai pusat katalitik enzim disebut sisi aktif. Komponen nonprotein (gugus prostetik) dibedakan menjadi gugus kofaktor dan koenzim. Gugus kofaktor tersusun atas zat anorganik yang umumnya berupa logam, misalnya Cu, Fe, Mn, Zn, Ca, K dan Co. Gugus koenzim merupakan senyawa organik nonprotein yang tidak melekat erat pada bagian protein enzim, contohnya NAD, NADP dan koenzim A.

Gambar Struktur Enzim

Ada dua tipe enzim, yaitu eksoenzim atau enzim ekstraseluler atau enzim di luar sel dan endoenzim atau enzim intraseluler atau enzim di dalam sel. Fungsi utama dari eksoenzim adalah melangsungkan perubahan-perubahan pada nutrien di sekitarnya sehingga memungkinkan nutrien tersebut memasuli sel; dengan mengambil zat makanan yang ada di sekeliling sel. Misalnya, enzim amilase menguraikan zat pati menjadi unit-unit gula yang lebih kecil. Sedangkan fungsi endoenzim untuk mensintesis bahan seluler dan menguraikan nutrien untuk menyediakan energi yang dibutuhkan oleh sel, misalnya heksokinase mengkatalisis fosforilase glukosa dan heksosa (senyawa-senyawa gula sederhana) di dalam sel.

D.      SIFAT ENZIM

Sebagai molekul zat yang mempunyai peranan besar dalam metabolisme, enzim memiliki beberapa sifat penting, di antaranya sebagai berikut:

1)        Enzim adalah Suatu Protein                                                                                    Ini terbukti karena enzim di dalam larutan membentuk suatu koloid. Keadaan ini akan memungkinkan luasnya permukaan enzim sehingga bidang aktivitasnya juga besar.

2)        Bekerja Secara Khusus (Spesifik)           
Enzim tertentu hanya dapat mempengaruhi reaksi tertentu dan tidak dapat mempengaruhi reaksi lainnya. Sebagai contoh: di dalam usus rayap terdapat protozoa yang menghasilkan enzim selulase sehingga rayap dapat hidup dengan makan kayu karena dapt mencerna selulosa (salah satu jenis karbohidrat/polisakarida). Sebaliknya manusia tidak dapat mencerna kayu, meskipun mempunyai enzim amilase, yaitu enzim yang dapat mencerna amilum/pati (yang juga merupakan jenis polisakarida). Enzim amilase dan selulase masing-masing bekerja secara khusus.

3)        Enzim sebagai Katalisator. Artinya sebagai zat yang mampu mempercepat reaksi kimia, tetapi enzim tidak ikut bereaksi. Dengan demikian, enzim tidak diperlukan dalam jumlah yang banyak. Dalam jumlah sedikit saja enzim telah menyelenggarakan suatu perubahan zat yang beribu-ribu kali lebih berat daripada berat molekulnya sendiri. Contohnya, sebuah molekul enzim katalase mampu mengubah 5 juta molekul H2O2 tanpa enzim itu mengalami perubahan.

4)        Dapat digunakan Berulang Kali 
Enzim dapat digunakan berulang kali karena enzim tidak berubah pada saat terjadi reaksi. Meskipun dalam jumlah sedikit, adanya enzim dalam suatu reaksi yang dikatalisirnya akan mempercepat reaksi, karena enzim yang telah bekerja dalam reaksi tersebut dapat digunakan kembali.

5)        Rusak oleh Panas
Enzim adalah suatu protein yang dapat rusak oleh panas disebut denaturasi. Kebanyakan enzim rusak pada suhu di atas 50°C. Reaksi kimia akan meningkat dua kali lipat dengan kenaikan suhu sebesar 10°C. Kenaikan suhu di atas suhu 50°C tidak dapat meningkatkan reaksi yang dikatalisir oleh enzim, tetapi justru menurunkan atau menghentikan reaksi tersebut. Hal ini disebabkan enzimnya rusak sehingga enzim tersebut tidak dapat bekerja. Demikian juga pada suhu rendah, suhu rendah tidak merusak enzim tetapi hanya tidak aktif saja.

6)        Dapat Bekerja Bolak-Balik         
Umumnya enzim dapat bekerja secara bolak-balik. Artinya, suatu enzim dapat bekerja menguraikan suatu senyawa menjadi senyawa-senyawa lain dan sebaliknya dapat pula bekerja menyusun senyawa-senyawa itu menjadi senyawa semula. Pada tumbuhan, proses fotosintesis menghasilkan glukosa. Apabila glukosa yang dihasilkan dalam jumlah banyak, maka glukosa tersebut diubah dan disimpan dalam bentuk pati. Pada saat diperlukan, misalnya untuk pertumbuhan, pati yang disimpan sebagai cadangan makanan tersebut diubah kembali menjadi glukosa.

Gambar  Reaksi Bolak-balik Enzim

E.       MEKANISME KERJA ENZIM

Reaksi enzimatis akan berlangsung apabila substrat tersedia dan bagian sisi aktif enzim dalam keadaan kosong. Substrat akan memasuki bagian sisi aktif enzim dan bagian sisi aktif tersebut akan mengalami perubahan bentuk dengan mengelilingi substrat. Kemudian terbentuklah ikatan lemah enzim-substrat. Di dalam sisi aktif, substrat akan diubah menjadi produk, selanjutbya akan dilepaskan dari enzim. Begitu seterusnya sampai bagian sisi aktif tersebut dapat ditempati oleh substrat yang lain.

Enzim dapat bekerja dengan beberapa cara:  

1.      Menurunkan energi aktivasi dengan menciptakan suatu lingkungan yang mana keadaan transisi terstabilisasi. Contohnya mengubah bentuk substrat menjadi konformasi keadaan transisi ketika ia terikat dengan enzim.

2.      Menurunkan energi dalam keadaan transisi tanpa mengubah bentuk substrat dengan menciptakan lingkungan yang memiliki distribusi muatan yang berlawanan dengan keadaan transisi.

3.      Menyediakan lintasan reaksi alternatif. Contohnya bereaksi dengan substrat sementara waktu untuk membentuk kompleks enzim-substrat antara.

4.      Menurunkan perubahan entropi reaksi dengan menggiring substrat bersama pada orientasi yang tepat untuk bereaksi. Menariknya, efek entropi ini melibatkan destabilisasi keadaan dasar dan kontribusinya terhadap katalis relatif kecil.         

Mekanisme kerja enzim dapat dijelaskan dengan dua hipotesis, yaitu hipotesis gembok dan anak kunci dan hipotesis kecocokan yang terinduksi.

a.         Hipotesis Gembok dan Anak Kunci (Lock and Key)

Menurut hipotesis yang dikemukakan oleh Emil Fischer, bagian sisi aktif enzim mempunyai bentuk spesifik dan tidak fleksibel. Suatu enzim hanya dapat ditempati oleh substrat tertentu saja. Enzim dan substrat bergabung bersama membentuk kompleks, seperti kunci yang masuk dalam gembok. Di dalam kompleks, substrat dapat bereaksi dengan energi aktivasi yang rendah. Setelah bereaksi, kompleks lepas dan melepaskan produk serta membebaskan enzim.

Gambar Hipotesis Gembok dan Anak Kunci (Lock and Key)

b.        Hipotesis Induced Fit

Menurut hipotesis ini, bagian sisi aktif enzim bersifat fleksibel terhadap substrat yang masuk. Apabila ada substrat yang masuk ke bagian sisi aktif, maka bagian ini akan mengalami perubahan bentuk mengikuti substrat. Ketika produk sudah terlepas dari kompleks, selanjutnya enzim tidak aktif menjadi bentuk yang lepas. Sehingga, substrat yang lain kembali bereaksi dengan enzim tersebut.

Gambar Hipotesis Induced Fit

F.       FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZIM

Faktor-faktor yang berpengaruh pada kerja enzim adalah suhu, pH, zat penghambat (inhibitor), konsentrasi substrat dan hasil akhir.

1)        Suhu                                                                                                         Peningkatan suhu dapat meningkatkan kecepatan reaksi sampai batas suhu tertentu. Hal ini disebabkan jika molekul bergerak lebih cepat, maka substrat akan berikatan lebih cepat pada sisi aktif. Setelah melewati batas suhu tertentu, enzim akan mengalami denaturasi. Denaturasi adalah perubahan struktur secara kimiawi karena terjadi gangguan pada ikatan hidrogen, ikatan ionik dan ikatan lemah lainnya yang menyebabkan struktur enzim rusak. Jika kenaikan suhu terus terus menerus, maka kemampuan kerja enzim menurun, bahkan berhenti. Demikian pula jika terjadi penurunan suhu, maka enzim tidak bisa bekerja karena menjadi tidak aktif pada suhu rendah (0°C atau di bawahnya), tetapi tidak rusak. Jika suhunya kembali normal enzim mampu bekerja kembali. Setiap enzim mempunyai suhu optimum tertentu, yaitu suhu yang paling baik untuk melangsungkan reaksi secara maksimal. Enzim bekerja optimal pada suhu 30°C atau pada suhu tubuh.

Gambar Faktor Suhu yang Mempengaruhi Kerja Enzim

2)        pH (Derajat Keasaman)  
Enzim bekerja optimal pada pH tertentu, umumnya pada pH netral. Pada kondisi asam atau basa, kerja enzim terhambat. Agar enzim dapat bekerja secara maksimal, pada penelitian/percobaan yang menggunakan enzim, kondisi pH larutan dijaga agar tidak berubah, yaitu dengan menggunakan larutan penyangga (buffer).

Gambar Faktor pH yang Mempengaruhi Kerja Enzim

3)        Zat Penghambat (Inhibitor)        
Zat yang dapat menghambat kerja enzim disebut inhibitor. Inhibitor merupakan senyawa kimia yang bersifat menghambat kerja enzim. Zat tersebut memiliki struktur seperti enzim yang dapat masuk ke substrat atau ada yang memiliki struktur seperti substrat sehingga enzim salah masuk ke penghambat tersebut. Hambatan enzim dapat dikelompokkan ke dalam tipe reversible (dapat balik) dan non-reversible (tidak dapat balik). Inhibitor reversibel adalah zat penghambat yang tidak berkaitan secara kuat dengan enzim, sedangkan inhibitor irreversible merupakan penghambat yang berkaitan dengan sisi aktif enzim secara kuat sehingga tidak dapat terlepas. Hambatan reversible dibagi menjadi inhibitor kompetitif dan non kompetitif. Inhibitor kompetitif merupakan senyawa kimia yang menyerupai substrat yang dapat bereaksi dengan sisi aktif enzim. Jika sisi aktif enzim sudah terisi oleh inhibitor kompetitif, maka substrat tidak dapat berikatan dengan enzim. Untuk mengatasi hal ini, jumlah substrat harus ditingkatkan sehingga substrat mempunyai kesempatan dalam bersaing memperebutkan sisi aktif enzim. Inhibitor nonkompetitif merupakan senyawa kimia yang menghambat kerja enzim dengan cara melekat pada bagian selain sisi aktif. Hal ini menyebabkan terjadinya perubahan bentuk enzim. Akibatnya bagian sisi aktif enzim sulit berikatan dengan substrat dan enzim tidak dapat mengubah substrat menjadi produk.

Gambar Inhibitor Kompetitif dan Inhibitor Non Kompetitif

4)        Konsentrasi Substrat       
Jumlah substrat yang berlebihan dapat menyebabkan penurunan kerja enzim. Biasanya, sel akan menambah jumlah enzim dengan cara melakukan sintesis enzim untuk mengatasi hambatan tersebut.

5)        Hasil akhir           
Kerja enzim dipengaruhi hasil akhir. Hasil akhir yang menumpuk menyebabkan enzim sulit “bertemu’ dengan substrat. Semakin menumpuk hasil akhir, semakin lambat kerja enzim.

G.      PERANAN DAN PENAMAAN ENZIM      

Tatanama enzim telah diresmikan menurut Persetujuan Internasional dengan bantuan “Commission of Enzymes of the International Union of Biochemistry”. Namun nama-nama umum atau nama biasa masih tetap banyak digunakan karena sudah lazim dan mudah. Untuk menamakan enzim digunakan akhiran -ase dan ini hanya digunakan untuk enzim tunggal. Untuk penamaan suatu kompleks yang terdiri dari beberapa enzim didasarkan pada reaksi keseluruhan yang dikatalisis olehnya menggunkaan sistem. Nama resmi atau nama sistematik dibentuk menurut aturan-aturan yang pasti, memberikan petunjuk mengenai apa substratnya dan macam reaksi yang dikatalisnya. Enzim dibedakan menjadi enam kelompok, yaitu : oksidoreduktase, transferase, hidrolase, liase, isomerase dan ligase.

1.        Oksidoreduktase

Reaksi katalitiknya adalah dalam reaksi transfer elektron (pemindahan elektron atau atom hidrogen). Enzim ini terbagi menjadi enzim oksidase dan enzim reduktase. Enzim oksidase terbagi menjadi kelompok kecil enzim dehidrogenase dan katalase. Enzim dehidrogenase memegang peranan penting dalam pengubahan zat-zat organik menjadi hasil-hasil oksidasi. Enzim katalase menguraikan hidrogen peroksida menjadi air dan hidrogen.

2.        Transferase

Enzim transferase mentransfer gugusan kimia fungsional (fosfat, amino, metil, dsb) dari suatu substrat ke substrat lain. Reaksi pemindahan ini tidak menghasilkan energi, tetapi mengubah substrat menjadi senyawa yang dapat dioksidasi atau menjadi senyawa yang dapat digunakan untuk sintesis material sel. Salah satu enzim yang termasuk dalam transferase yakni enzim transaminase, yang berperan memindahkan gugusan amina dari suatu asam amino ke suatu asam organik sehingga hasil terakhir berubah menjadi suatu asam amino.

3.        Hidrolase

Enzim hidrolase merupakan sekumpulan enzim yang menguraikan suatu zat dengan pertolongan air, disebut hidrolase karena enzim ini menghidrolisis molekul-molekul besar menjadi komponen-komponen kecil yang dapat digunakan. Berdasarkan substrat yang diuraikan, enzim hidrolase dibagi atas kelompok kecil yakni enzim karbohidrase, esterase dan proteinase.

a)      Karbohidrase, yakni enzim-enzim yang menguraikan golongan karbohidrat. Misalnya:

        Amilase, yakni enzim yang menguraikan amilum (suatu polisakarida) menjadi maltosa (disakarida).

        Maltase, yakni enzim yang menguraikan maltosa menjadi glukosa.

        Sukrase, yaitu enzim yang mengubah sukrosa (gula tebu) menjadi glukosa dan fruktosa.

        Laktase, yaitu enzim yang mengubah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa.

        Selulase, yakni enzim yang menguraikan selulosa (suatu polisakarida) menjadi selobiosa (suatu disakarida).

        Pektinase, yakni enzim yang menguraikan pektin menjadi asam pektin.

b)    Esterase, yakni enzim-enzim yang memecah golongan ester. Misalnya:

        Lipase, yaitu enzim yang menguraikan lemak menjadi gliserol dan asam lemak.

        Fosfatase, yaitu enzim-enzim yang menguraikan suatu ester hingga terlepas asam fosfat.

c)        Proteinase, yakni enzim-enzim yang menguraikan golongan protein. Misalnya:

        Peptidase, yaitu enzim yang menguraikan peptida menjadi asam amino.

        Gelatinase, yakni enzim yang menguraikan gelatin.

        Renin, yaitu enzim yang menguraikan kasein dari susu.

4.        Liase

Mengkatalisis reaksi penambahan gugusan ikatan ganda pada molekul dan membuang gugusan non-hidrolitik dengan meninggalkan ikatan ganda.

5.        Isomerase

Enzim Isomerase berperan dalam reaksi isomerasi (pengubahan suatu senyawa menjadi isomernya, misalnya senyawa yang memiliki atom-atom yang sama tetapi berbeda struktur molekulnya).

6.        Ligase

Enzim ligase berperan dalam reaksi penggabungan dua molekul menjadi satu molekul atau pembentukan ikatan disertai pemecahan atau penambahan ATP (adenin triphosphat).

H.      PENGENDALIAN ENZIM    

Enzim bekerja secara serentak dan terkoordinasi sehingga semua kegiatan kimiawi dalam sel menjadi saling terpadu. Salah satu akibatnya yang jelas adalah sel hidup membutuhkan dan menguraikan bahan-bahan yang dibutuhkan bagi metabolisme dan pertumbuhan normal. Hal ini mengisyaratkan adanya mekanisme pengendalian metabolisme selular yang tepat yang pada akhirnya menyangkut pengendalian kegiatan enzim. Aktivitas enzim dapat diatur melalui 2 cara, yaitu pengendalian katalis secara langsung dan pengendalian genetik. 

Pengendalian langsung mekanisme katalitik itu terjadi dengan mengubah konsentrasi substrat atau reaktan. Artinya, jika konsentrasi substrat bertambah, maka laju reaksi meningkat sampai tercapai suatu nilai pembatas dan jika produk menumpuk maka laju reaksi menurun. 

Pangendalian langsung melalui penggandengan dengan proses-proses lain, maksudnya adalah pengaturan oleh ligan (molekul yang dapat terikat pada enzim) yang tidak ikut berperan dalam proses katalitik itu sendiri. Ada berbagai macam pengendalian seperti itu, diantaranya:         

1.      Hambatan arus balik, ligan pengaturnya adalah produk akhir suatu lintasan metabolik yang dapat menghentikan sintesisnya sendiri dengan cara menghambat aktivitas salah satu enzim pada awal lintasan biosintetiknya.

2.      Aktivasi prekursor, ligan pengaturnya merupakan prekursor pertama suatu lintasan.

3.      Pengendalian yang berkaitan dengan energi, ligan pengaturnya adalah reaksi-reaksi yang berkaitan dengan energi .

4.      Sifat-sifat pengikatan enzim pengatur, tidak semua enzim merupakan enzim pengatur yang aktivitasnya dapat dikendalikan secara langsung. Enzim tersebut dapat dipengaruhi oleh metabolit pengatur. Enzim pengatur disebut enzim alosterik. Enzim yang berperan pada waktu sel beradaptasi pada lingkungan yang berubah dalah induksi dan represi enzim. 

Pengendalian genetis memiliki dua proses, yaitu induksi dan represi enzim. Untuk terjadinya sintesis enzim dibutuhkan suatu induser, yaitu substansi berberat molekul rendah dan bisa berupa substrat atau senyawa dari reaksi yang dikatalis oleh enzim yang bersangkuatan, prosesnya disebut induksi.
Bila substansi berberat molekul rendah baik produk ataupun senyawa yang sekerabat bagi reaksi yang bersangkutan, berlaku sebagai korepressor dengan cara mencegah sintesis enzim tersebut, disebut represi.

BAB III

PENUTUP

A.      Simpulan

Metabolisme merupakan seluruh peristiwa reaksi-reaksi kimia yang berlangsung dalam sel makhluk hidup. Metabolisme terdiri atas dua proses, yaitu anabolisme dan katabolisme. Anabolisme adalah penyusunan zat kompleks dari zat yang lebih sederhana. Sebaliknya, katabolisme adalah pemecahan zat komplek menjadi zat yang lebih sederhana disertai dengan pelepasan energi. Kedua proses metabolisme tersebut merupakan reaksi enzimatis, artinya reaksi tersebut melibatkan peranan enzim. Enzim adalah suatu protein dan dihasilkan oleh sel hidup. Enzim adalah protein yang bekerja secara khusus, sebagai katalisator, dapat digunakan berulang kali, rusak oleh panas tinggi, terpengaruh oleh pH, diperlukan dalam jumlah sedikit dan dapat bekerja secara bolak-balik. Enzim bekerja dalam mengkatalisis reaksi kimia (biokimia) yang berlangsung di dalam sel itu sendiri. Faktor-faktor yang mempengaruhi enzim yaitu: suhu (temperature), derajat keasaman (pH), konsentrasi substrat, zat penghambat (inhibitor) dan hasil akhir. Mekanisme kerja enzim dapat dijelaskan dengan dua, yaitu hipotesis gembok dan anak kunci dan hipotesis kecocokan yang terinduksi.

 Enzim diklasifikasi dalam berbagai kategori sesuai dengan reaksi yang dikatalisisnya. Menurut komisi enzim persatuan biokimia internasional (Commission of Enzymes of the International Union of Biochemistry), enzim dibedakan menjadi enam kelompok, yaitu: oksidoreduktase, transferase, hidrolase, liase, isomerase dan ligase.

Pengendalian metabolisme selular yang tepat yang pada akhirnya menyangkut pengendalian kegiatan enzim. Pengendakian enzim dapat diatur melalui 2 cara, yaitu pengendalian langsung (mekanisme katalitik itu sendiri yang terjadi dengan mengubah konsentrasi substrat atau reaktan) dan pengendalian genetis (melalui induksi dan represi enzim).

Bakteri dapat merubah zat kimia dan energi radiasi  ke bentuk yang berguna untuk kehidupannya melalui proses respirasi, fermentasi dan fotosintesis. Dalam respirasi, molekul oksigen  adalah penerima elektron utama, sementara dalam fermentasi molekul bahan makanan biasanya pecah menjadi dua bagian, dimana yang satu kemudian dioksidasi oleh yang lainnya. Dalam fotosintesis, energi cahaya diubah menjadi energi kimia. Bagaimanapun, dalam semua jenis sel dan tanpa menghiraukan mekanisme yang digunakan untuk mengekstrak energi, reaksi tersebut diiringi oleh pembentukan Adenosine Triphosphate (ATP).

DAFTAR PUSTAKA

Ameilia Siregar. 2010. Metabolisme Sel, Enzim dan Peranannya. (Online). http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/biologi-pertanian/metabolisme-sel/enzim-dan-peranannya/. Diakses pada tanggal 22 April pukul 17.00 WIB.

Arif Priyadi dan Tri Silawati. 2007. Sains Biologi untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Yudhistira.

Kimbal, J. (n.d.). 1997. Biologi Edisi kelima. Alih bahasa: Siti Soetarmi Tjitrosomo, Nawangsari Sugiri. Jakarta: Erlangga.

Lud Waluyo. 2007. Mikrobiologi Umum. Malang: UMM Press.

Michael J. Pelczar, Jr dan E.C.S. Chan. 1986. Dasar-Dasar Mikrobiologi. Jakarta: UI Press.

Slamet Prawirohartono dan Hadisumarto S. 1997. Sains Biologi 3A Untuk SMU  Kelas 3 Tengah Tahun Pertama Sesuai Kurikulum 1994. Jakarta: Bumi Aksara.

Slamet Prawirohartono. 2005. Sains Biologi Untuk SMA Kelas 3 Kurikulum 2004. Jakarta: Bumi Aksara.

Tengku. 2012. Anabolisme dan Katabolisme. (Online). http://tengkugiffary.blogspot.com/2012/11/anabolisme-dan-katabolisme-anabolisme.html. Diakses pada tanggal 22 April pukul 17.00 WIB.

Widianingsih. 2009. Enzim. (Online).http://120409-widianingsih.blogspot.com/2009/12/enzim.html. Diakses pada tanggal 22 April pukul 17.00 WIB.

Yulia Windarsih. 2012. Metabolisme Mikroba. (Online). http://www.slideshare.net/yuliaww/makalah-midas-8-metabolisme-mikroba. Diakses pada tanggal 22 April pukul 17.00 WIB.