Materi LENGKAP Metabolisme Mikroorganisme (Mikroba)

Metabolisme adalah kegiatan yang sangat penting untuk dilakukan oleh setiap makhluk hidup, begitu juga mikroorganisme. Melalui kegiatan metabolisme, setiap makhluk hidup mampu mengorganisasikan berbagai molekul kimia di dalam tubuhnya dan mengkoordinasikan berbagai reaksi kimia. Metabolisme secara garis besar terbagi menjadi katabolisme dan anabolisme. Katabolisme merupakan reaksi metabolisme yang bersifat mengurai senyawa kimia tertentu dan melepaskan energi selama proses berlangsung. Sebaliknya, anabolisme merupakan reaksi yang menggunakan energi untuk meyintesis senyawa kimia yang lebih besar dari senyawa kimia yang lebih kecil (Madigan dkk. 2011).

Enzim merupakan komponen penting yang diperlukan pada setiap proses metabolisme. Enzim merupakan senyawa katalis yang terdapat pada makhluk hidup. Sebagian besar komponen penyusun enzim adalah protein dan disebut apoenzim. Apoenzim tersebut bersifat inaktif dan membutuhkan senyawa tertentu untuk mengaktifkannya yang disebut kofaktor. Contoh kofaktor yanitu ion seperti besi, seng, magnesium, dan kalsium. Jika kofaktor merupakan senyawa organik, disebut juga sebagai koenzim (Tortora dkk. 2010).

Enzim dapat mempercepat suatu reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi suatu reaksi.  Enzim mempunyai sisi aktif, merupakan tempat yang berinteraksi dengan substrat (substansi kimia yang spesifik).  Enzim juga memiliki sifat kespesifikan dalam berikatan dengan suatu substrat, kemudian membantu dalam mengkonversi substrat tersebut  menjadi substansi kimia yang lain (produk). Tanpa bantuan enzim, suatu substrat membutuhkan waktu yang lebih lama untuk menjadi suatu produk. Contohnya, enzim sukrase dapat berikatan dengan sukrosa. Enzim sukrase dapat  mengkatalisis proses hidrolisis sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa (Tortora dkk. 2010).

 

Berdasarkan lokasi penggunaan enzim, enzim terbagi menjadi dua, yaitu endoenzime dan eksoenzime.  Sebagian besar enzim berfungsi di dalam sel dan disebut endoenzime.  Sementara itu, beberapa enzim dikeluarkan oleh sel untuk mengkatalisis reaksi yang berada di luar sel, disebut juga sebagai eksoenzime (Benson 2001). Enzim juga dapat dibagi berdasarkan tipe reaksi kimia yang dikatalisis, yaitu oksidoreduktase, transferase, hydrolase, lyase, isomerase, dan ligase. Oksidoreduktase adalah kelompok enzim yang mengkatalisis reaksi redoks, contohnya sitokrom oksidase dan laktat dehidrogenase. Transferase adalah kelompok enzim yang mengkatalisis reaksi transfer dari gugus fungsional, contohnya asetat kinase dan alanin deaminase. Hydrolase adalah kelompok enzim yang mengkatalisis reaksi hidrolisis (penambahan air), contohnya lipase dan sukrase. Lyase adalah kelompok enzim yang mengkatalisis reaksi pemindahan suatu gugus atau atom tanpa hidrolisis, contohnya oksalat dekarboksilase dan isositrat lyase. Isomerase adalah kelompok enzim yang mengkatalisis reaksi penyusunan ulang atom dalam molekul, contohnya glukosa-fosfat isomerase dan alanin racemase. Ligase adalah kelompok enzim yang mengkatalisis reaksi penggabungan dari dua molekul, contohnya asetil-CoA sintetase dan DNA ligase (Tortora dkk. 2010).  

Hasil reaksi metabolisme hampir semuanya dapat diamati, bahkan dapat diukur kekuatannya.  Reaksi metabolisme berbeda untuk setiap mikroorganisme, sehingga hal tersebut merupakan sifat yang sangat penting untuk mengidentifikasi mikroorganisme. Ada beberapa cara untuk mengidentifikasi reaksi metabolisme dengan menggunakan uji biokimia. Beberapa uji biokimia yang digunakan diantaranya uji hidrolisis casein, uji hidrolisis pati, fermentasi karbohidrat, produksi H2S, pencairan gelatin, uji oksidase, dan uji katalase (Gandjar dkk. 1992).

Uji Hidrolisis

Uji hidrolisis dilakukan untuk melihat kemampuan suatu mikroorganisme untuk menghidrolisis pati dan protein (kasein).  Bakteri yang dapat menghidrolisis pati dan kasein mempunyai enzim-enzim yang berguna untuk memecah senyawa-senyawa kompleks tersebut. Enzim-enzim yang berguna untuk memecah senyawa-senyawa tersebut merupakan enzim ekstraseluler, yaitu menghidrolisis senyawa-senyawa tersebut di luar selnya (Gandjar dkk. 1992).

Beberapa jenis bakteri mampu menghidrolisis pati. Senyawa pati merupakan senyawa kompleks yang terdiri dari dua komponen, yaitu amilopektin dan amilose. Bakteri mempunyai enzim amilase yang dapat menghidrolisis senyawa pati menjadi maltosa, glukosa, dan dekstrin.  Medium yang digunakan dalam uji hidrolisis pati adalah medium starch agar. Medium tersebut mengandung sejumlah besar pati. Reagen untuk menguji hidrolisis pati adalah reagen iodin. Jika iodin berinteraksi dengan medium yang mengandung pati, akan berwarna biru kecokelatan. Jika pati sudah terhidrolisis dan tidak ada pati pada daerah pertumbuhan bakteri, akan terlihat seperti zona bening ketika diteteskan iodin. Jika setelah diteteskan iodin tidak terlihat adanya zona bening menunjukkan pati tidak dihidrolisis oleh bakteri (Benson 2001).

Kasein adalah protein utama pada susu.  Banyak bakteri yang dapat memproduksi eksoenzim kaseinase yang dapat menghidrolisis kasein menjadi senyawa yang lebih sederhana. Uji hidrolisis kasein menggunakan medium Skim Milk Agar. Jika timbul zona bening di sekitar daerah pertumbuhan bakteri pada medium, menunjukkan enzim kaseinase diproduksi dan reaksi hidrolisis terjadi (Benson 2001). Zona bening yang terbentuk disebut juga sebagai zona proteolisis (Harley & Prescott 2002).

.

Fermentasi

Tes fermentasi karbohidrat menggunakan Phenol Red Broth untuk menguji kemampuan bakteri memfermentasi berbagai jenis karbohidrat.  Setiap bakteri memiliki pola fermentasi yang khas.  Sifat-sifat bakteri dalam memfermentasi karbohidrat merupakan salah satu sifat penting dalam identifikasi. Sifat fermentasi karbohidrat dapat diketahui dengan menginokulasikan bakteri ke dalam tabung berisi medium karbohidrat yang telah diberi indikator dan tabung Durham. Hasil akhir fermentasi biasanya berupa asam, gas, keduanya, atau tidak keduanya. Produk asam dapat diketahui dengan adanya perubahan warna indikator (indikator phenol red akan berubah warna dari merah menjadi kuning), sedangkan gas yang terjadi akan tertampung di dalam tabung Durham. Tabung Durham merupakan suatu tabung kecil yang diletakkan terbalik dalam tabung medium karbohidrat tadi. Gula-gula selain glukosa umumnya dapat difermentasi dengan cara mengkonversi gula-gula tersebut menjadi glukosa dan akhirnya glukosa yang difermentasi (Gandjar dkk. 1992).

Produksi H2S

Beberapa jenis protein kaya akan asam amino yang mengandung sulfur seperti sistein. Ketika protein dihidrolisis oleh beberapa jenis bakteri, asam amino akan dilepaskan dan diambil sebagai sumber nutrien. Jika suatu bakteri mengandung enzim sistein desulfurase, sistein akan melepas atom sulfur lewat penambahan hidrogen yang berasal dari air untuk membentuk gas H2S. Namun, gas H2S dapat juga diproduksi dari reduksi senyawa anorganik yang mengandung sulfur seperti thiosulfate (S2O3^2-), sulfate (SO4^2-), atau sulfit (SO3^–). Sebagai contoh, beberapa bakteri mempunyai enzim thiosulfate reduktase yang dapat mereduksi sodium thiosulfate menjadi sulfite dan menghasilkan gas H2S (Harley & Prescott 2002).  

Medium yang diguanakan dalam uji produksi gas H2S adalah medium Triple Sugar Iron Agar (TSIA). Medium TSIA adalah medium yang mengandung tiga sumber gula, yaitu glukosa, sukrosa, dan laktosa. Medium tersebut dapat digunakan untuk membedakan tipe fermentasi suatu bakteri terhadap gula atau karbohidrat. Medium tersebut juga mengandung meat extract, yeast extract, dan peptone yang menjadi sumber nitrogen, vitamin, dan mineral.  Phenol red adalah pH indikator untuk mengetahui perubahan pH yang terjadi pada medium. Agar digunakan untuk mengeraskan medium. Sodium thisulfate yang terkandung dalam medium akan direduksi oleh jenis bakteri tertentu untuk menghasilkan hidrogen sulfida (H2S), gas yang tidak berwarna. Hidrogen sulfida akan bereaksi dengan ion besi yang berasal dari besi ammonium sulfat dalam medium untuk memproduksi iron sulfida, sebuah lapisan endapan hitam yang tidak dapat larut (Lehman 2005).

Pencairan Gelatin

Gelatin merupakan senyawa polipeptida campuran yang mudah larut. Beberapa jenis bakteri dapat menghidrolisis gelatin menjadi senyawa-senyawa asam amino yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber nutrien oleh bakteri tersebut.  Enzim yang dapat untuk mengkatalisis proses hidrolisis gelatin adalah enzim gelatinase. Hidrolisis gelatin dapat diketahui dengan berubahnya medium dari bentuk gel menjadi bentuk cair. Medium yang digunakan adalah medium gelatin, yaitu sebanyak 150 gr/l (Harley & Prescott, 2002).

Uji Katalase

Uji katalase merupakan suatu uji biokimia untuk mengetahui kemampuan bakteri dalam menghasilkan enzim katalase yang dapat mengubah produk toksik O2 menjadi tidak toksik lagi. Beberapa jenis bakteri mengandung flavoprotein yang dapat mereduksi O2, menghasilkan produk hidrogen peroksida (H2O2) atau superoksida (O2-) yang sangat toksik bagi bakteri. Bakteri tersebut harus dapat memproteksi diri sendiri dari senyawa produk toksik O2. Bakteri aerob obligat atau fakultatif anaerob mengandung enzim superoksida dismutase, yang mengkatalisis penghancuran superoksida, dan enzim katalase atau peroksidase, yang mengkatalisis penghancuran hidrogen peroksida. Uji katalase merupakan uji yang mudah untuk dilakukan, yaitu dengan cara meneteskan hidrogen peroksidase kepada suatu inokulum bakteri pada gelas objek. Jika muncul gelembung gas O2, menunjukkan uji katalase positif. Jika tidak muncul gelembung gas O2,  menunjukkan uji katalase negatif (Harley & Prescott 2002).

Uji Oksidase

Uji oksidase merupakan suatu uji biokimia untuk mengetahui suatu bakteri yang dapat menghasilkan enzim oksidase. Enzim oksidase penting dimiliki oleh jenis bakteri-bakteri aerob. Salah satu contoh dari enzim oksidase yaitu enzim sitokrom oksidase.  Enzim tersebut menggunakan O2 sebagai sebuah akseptor elektron selama proses oksidasi dari sitokrom c tereduksi untuk membentuk air dan sitokrom c teroksidasi. Kemampuan bakteri untuk memproduksi sitokrom oksidase dapat ditentukan dengan cara penambahan reagen p-aminodimetil oksalat dan alfa-naftol.  Setelah penambahan reagen terjadi perubahan warna menjadi biru atau ungu tua, menandakan uji oksidase positif.  Sebaliknya, jika tidak terjadi perubahan warna atau menjadi warna pink, menandakan uji oksidase negatif (Harley & Prescott 2002). Sementara itu, medium yang digunakan adalah medium Nutrient Broth, merupakan salah satu medium umum sehingga dapat ditumbuhi oleh berbagai jenis mikroorganisme (Gandjar dkk. 1992)