nutrisi_mikroba

1. NUTRISI, KULTUR, DAN
METABOLISME
MIKORORGANISME

2. Nutrisi Mikroorganisme

3. Mengapa Mikroba membutuhkan
Nutrisi?
Mendapatkan Energi
Tumbuh
Aktivitas metabolisme
Replikasi
Komponen sel baru

4. Pertumbuhan Mikroba
 Memanipulasi pertumbuhan penting untuk :
 Pengendalian infeksi
 Pertumbuhan industri dan organisme bioteknologi

5. Jenis Energi Utama Yang melakukan
Metabolisme
All
microorganisms
Inorganic CO2 = carbon source
AUTOTROPH
(Self feeders)
Making own food by reducing CO2
Photoautotrophs Chemoautotrophs
Organic compound = carbon source
HETEROTROPH
Using ready-made organic molecules for food
Photoheterotrophs Chemoheterotrophs

6. Kelompok Mikroba Berdasarkan Energi
yang Ditangkap dan Sumber Karbon
• AUTOTROF: mengunakan karbon
dioksida untuk mensintesa molekul
organik
• Dapt dibagi 2, yaitu:
1. Fotoautotrof: memperoleh energi dari
cahaya
2. Kemmoautof: memperoleh energi dari
mengoksidasi bahan inorganik yang
sederhana

7. • HETEROTROF: Mengambil karbondioksida dari molekul
organik yang telah tersedia
• Ada 2 jenis, yaitu:
1. Fotoheterotrof: memperoleh energi kimia dari cahaya
2. Kemoheterotrof: memperoleh energi dari bahan organik
yang telah terurai
Kelompok Mikroba Berdasarkan Energi
yang Ditangkap dan Sumber Karbon

8. Contoh Sumber Energi
Jenis Sumber Energi Sumber Karbon Contoh
Fotolitotrof Cahaya CO2 Algae, Bakteri sulfur
ungu, bakteri sulfur
hijau
Fotoorganotrof Cahaya Bahan organik Bakteri non sulfur
ungu
Kemolithotrof Oksidasi bahan
inorganik
Bakteri nitrifikasi,
bakteri besi, bateri H2
Kemoorganotrof Oksidasi bahan
organik
Bahan organik Bakteri secara umum,
jamur, protozoa

9.  Untuk memahami kebutuhan nutrisi
mikroba, sangat penting intuk memahami
komposis kimia sel mikroba

10. Nutrisi Mikroba
 Nutrisi
o Mensupply monomer (atau prekursor)
o Dibutuhkan untuk pertumbuhan sel
 Nutrisi makro
 Elemen yang dibutuhkan oleh tubuh dalam jumlah besar
 Nutrisi mikro :
- dibutuhkan dalam jumlah sedikit (trace elements)
 Elemen anorganik
 Dibutuhkan dalam jumlah sedikit
 Biasanya sebagai kofaktor enzim
 Misal : besi

11. Komposisi Nutrisi Utama Sel Mikroba
Unsur %
BK
Bentuk bahan kimia yang digunakan
mikroba
Fungsi fisiologi
C 50 Bahan organik , CO, CO2 Konstituen utama bahan penusun sel
protein, asam nukleat, lemak,
Karbohidrat dan lainnya
O 20 Bahan organik, H2O ,O2, CO2
N 14 Bahan organik, NH4+, NO3-, N2
H 8 Bahan organik, H2O, H2
P 3 HPO42- Asam nukleat, fosfolipid, asam teichoic,
koenzim
S 1 Bahan organik sulfur , SO42-,
HS-, S0, S2O32-
protein, koenzim
k 1 K+ Kation inorganik utama, kofaktor enzim
Na 1 Na+ transportasi, tranduksi energi
Ca 0.5 Ca2+ Kofaktor enzim, mengikat dinding sel
Mg 0.5 Mg2+ Kofaktor enzim, mengikat dinding sel,
membran & ester fosfat
Cl 0.5 Cl- Anion inorganik utama
Fe 0.2 Fe2+, Fe3+ sitokrom, ferredoxin, kofactor

12. Nutrisi Makro
 Karbon
 50% dari berat kering sel
 Pembentuk molekul organik, sumber energi
 Dibutuhkan bagi protein, gula, lemak untuk membentuk struktur sel
Kemoheterotrof: mendapatkan C dari gula, asam organik, lemak,
protein, atau bahan oranik lainnya
 Kemoautotrof: mendapat C dari CO2
 Nitrogen
 12% dari berat kering sel
 Pada asam amino dan protein
 Dibutuhkan bagi protein, DNA, RNA
 Kebanyakan bakteri mendapat nitrogen dari protein yang
didekomposisi
 Beberapa bakteri menggunakan nitrat atau ammonium
 Sedikit bakteri menggunakan N2 dalam pengikatan nitrogen
(nitrogen fixing organisms)

13. Nutrisi Makro
 Sulfur
 Pada asam amino, thiamine and biotin
 Sulfur untuk protein (enzim) dan vitamin
 Kebanyakan bakteri mendekomposisi protein
 Beberapa bakteri mengunakan ion sulfat (SO4
-2) atau hidrogen
sulfida (H2S)
 Fosfor
 Fosfor untuk ATP, DNA, RNA, dan membran
Penting bagi fosfolipid, asam nukleat dan ikatan energi
fosfat yang tinggi
 Ion fosfat (PO4
-3) adalah sumber fosfat

14. Nutrisi Makro : Besi (Fe)
 Memainkan peranan penting dalam respirasi seluler
 Komponen kunci dari sitokrom dan protein besi sulfur (Fe-S)
yang digunakan untuk transport elektron
 Ferrous (Fe2+) bersifat larut  kondisi anorganik
 Ferric (Fe3+) tidak larut  kondisi organik
 Untuk mendapatkan besi dari berbagai mineral yang
tidak larut, sel akan menghasilkan suatau agen yang
disebut siderofor yang dapat mengikat besi dan
mengangkutnya ke dalam sel.
 Disebut enterobaktin

15. A Microbial Periodic Table of the Elements
Figure 5.1

16. Nutrisi Mikro yang Dibutuhkan Sel Mikroba
Element Chemical form
used by the
microbe
Physiological functions
Mn Mn2+ superoxide dismutase, photosystem II
Co Co2+ coenzyme B12
Ni Ni+ hydrogenase, urease
Cu Cu2+ cytochrome oxidase, oxygenase
Zn Zn2+ alcohol dehydrogenase, aldolase, alkaline
phosphatase, RNA and DNA polymerase, arsenate
reductase
Se SeO32- formate dehydrogenase, glycine reductase
Mo MoO42- nitrogenase, nitrate reductase, formate
dehydrogenase, arsenate reductase
W (tungsten) WO42- formate dehydrogenase, aldehyde oxidoreductase

17. Faktor Pertumbuhan
 Senyawa organik yang dibutuhkan dalam jumlah yang
sangat sedikit
 Merupakan senyawa kimia yang tidak dapat disintesis
oleh mikroorganisme
 Senyawa oganik yang dapat diperoleh dari lingkungan
 Contoh : Vitamin, asam amino, purin dan pirimidin

18. Kultur Mikroorganisme

19. Media Kultur
 Media kultur adalah :
nutrien yang digunakan untuk pertumbuhan mikroba di
laboratorium
 Terbagi 2 golongan besar :
 – Defined media:
media yang komposisi kimianya diketahui
 – Complex media:
media yang komposisi kimianya tidak diketahui
Contoh : yeast, meat extracts, Tryptic Soy broth (TSB), TSA

20. Defined medium – exact makeup is known

21. Media Kultur
 Media Selektif
Media yang berisi senyawa-senyawa kimia yang secara
selektif menghambat prtumbuhan beberapa mikroba tetapi
tidak mikroba yang lain.
 Media Diferensial
Media yang berisi senyawa kimia sebagai indikator,
biasanya dapat mendeteksi reaksi kimia yang terjadi
selama pertumbuhan mikroba

22. Media Pertumbuhan Prokariotik
 Berisi nutrien yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroba
 Sumber Energi
 Berisi makronutrien yang esensial
 Berisi mikronutrien yang esensial
 Faktor pertumbuhan
 Sterilisasi
 Bebas dari mikroba
 Inokulasi secara aseptik

23. Media Selektif
 Menekan pertumbuhan
mikroba yang tidak diinginkan
 Berisi komponen/kondisi
yang menekan pertumbuhan
beberapa prokariot dan
membiarkan mikroba yang
diinginkan tumbuh
 Menghambat pertumbuhan
mikoba yang tidak
dikehendaki
 Digunakan untuk
menyeleksi grup mikroba
yang spesifik
 Misal : media MacConkey
menekan pertumbuhan
bakteri Gram + dan
merangsang pertumbuhan
enteric bacteria

24. Media Diferensial
 Memudahkan untuk mengenal
koloni dari mikroba yang
berbeda
 Mengadung senyawa kimia
yang dapat mmbedakan
secara spesifik jenis
prokariotik
 Pewarna yang ditambahkan
pada media dapat
membedakan satu orgnisme
dengan organisme yang lain
 Contoh : media agar darah
digunakan untuk
membedakan organisme
hemolitik dengan organisme
non hemolitik

25. Pertumbuhan pada media MacConkey Agar
Selektif = Gram positif terhambat, hanya gram negatif yang tumbuh
Differential – lactose fermenting
Escherichia coli (E.coli) = gram - Salmonella typhimirium = gram -

26. KULTUR DI LABORATORIUM
 Sel dapat tumbuh di media cair atau padat
 Mikroba ada dimana-mana maka :
– Sterilisasi media sangat penting
– Teknik aseptik harus diperhatikan (Lihat Gambar)

27. Teknik Aseptik

28. KULTUR DI LABORATORIUM
Teknik kultur murni :
 –Streak plate (lihat gambar)
 –Pour plate
 –Spread plate

29. Metode streak mikroba untuk membuat kultur murni

30. Metabolisme Mikroorganisme

31. Salah satu ciri makhluk hidup adalah melakukan
metabolisme
Metabolisme adalah :
Total dari semua reaksi
kimia yang terjadi di
dalam sel.
Metabolisme terbagi dua :
1. Anabolisme
2. Katabolisme

32. Perbedaan reaksi
1. Katabolisme, yaitu adalah reaksi penguraian
senyawa kompleks menjadi senyawa senyawa
yang lebih sederhana dengan bantuan enzim
(respirasi)
2. Anabolisme, yaitu lintasan metabolisme yang
menyusun beberapa senyawa organik sederhana
menjadi senyawa kimia atau molekul kompleks
(Fotosintesis)

33. Perbedaan reaksi
 Reaksi Anabolik
 Menghasilkan polimer atau makromolekul
 Membutuhkan energi
 Energi diperoleh dari reaksi katabolik
 Reaksi Katabolik
 Menghasilka monomer
 Menghasilkan atau melepas energi
 Energi disimpan di dalam ATP

34. Energetik
Energetik
Energi = kemampuan untuk bekerja
◦ Diukur dalam kilojoules (kJ)
Dalam reaksi kimia lain beberapa energi hilang sebagai panas
•Free energy (G): enargi yang dilepas yang digunakan untuk bekerja
•Perubahan dalam energi bebas selama reaksi ditulis dengan G0′
G0′: dibawah kondisi standard ;1 M, pH 7, 25oC, 1 atm

35. KATALISIS DAN ENZIM
 Katalisis adalah :
Adalah : merupakan proses yang terjadi akibat adanya
peran dari katalis.
Katalis merupakan senyawa kimia yang dapat
mempercepat reaksi tanpa perubahan bentuk/struktur dari
katalis tersebut.

36. Enzim
 Dapat meningkatkan laju reaksi kimia 10 -10²° kali
dengan laju spontan
 Katalisis enzim (lihat gambar) :
E+S E-S E+P
 Katalisis tergantung pada :
• Ikatan substrat
• Posisi relatif substrat mengkatalis asam amino aktif

37. Siklus katalisis enzim

38. Enzim
 Banyak enzim yang berisi molekul non protein kecil
yang berpartisipasi di dalam katalisis tetapi bukan
substrat
Koenzim membantu enzim membawa molekul dan
melepaskannya ke dalam enzim yang lain.
 Biasanya vitamin
 Terikat dengan enzim dengan ikatan yang tidak
kuat

39. Reaksi oksidasi reduksi
 Energi adalah conserved di dalam sel dari reaksi oksidasi
reduksi (redox)
 Contoh : ATP
 Redox terlibat dalam transfer elektrom dari pendonor elektron
(electron donor ) ke penelrima elektron (electron acceptor)
 Oksidasi
Kehilangan electron (dan proton H+)  ELECTRON
DONOR
 Reduksi
Mendapat elektron (dan proton H+) ELECTRON
ACCEPTOR

40. Contoh : Reaksi Oksidasi Reduksi
Figure 5.9

41. Respirasi aerob –vs- Fermentasi
 Aerobik
 Glikolisis, Siklus Krebs (siklus asam sitrat) dan rantai
transport elektron
 Terdiri dari banyak ATP
 NAD+ diregenerasi
 Anaerobik (fermentasi)
 Menghasilkan 2 ATP
 Glikolisis
 Asam laktat atau fermentasi etanol
 NAD+ diregenerasi

42. Overview of Respiration vs Fermentation

44. 44
Glikolisis: Oksidasi of Glukosa
2ATP
2 NAD+
2ADP
2NADH +
2H+
4 ADP
4 ATP
Glucose
two Glyceraldehyde-3-PO4
two Pyruvate

45. Glikolisis
 Glikolisis
 Langkah pertama di dalam respirasi seluler dan fermentasi
 Pathway utama pada proses fermentasi dan merupakan
metode metabolisme anaerob
 Proses anoxic
 Hasil glikolisis
 Melepaskan sedikit energi (ATP)
 Menghasilkan produk fermentasi

46. Glikolisis – Stage I:
Persiapan reaksi
 Tidak ada reaksi oksidasi/ reduksi
 2 molecules of ATP are invested
Figure 5.15

47. Glycolysis – Stage II:
Making ATP and Pyruvate
 Oxidation-reduction reactions occur; NADH produced
 4 molecules of ATP are produced; 2 net ATP produced
 Remember that 2 molecules of G3P are produced so
everything is multiplied by 2
 Substrate level phosphorylation occurs
 Pyruvate is produced
Figure 5.15

48. Glycolysis – Stage III:
Making Fermentation Products
 Oxidation-reductions occur by fermentation
 Yeast  ethanol + CO2
 Different for different organisms
 Net energy yield for complete fermentation: 2 ATP
 NAD+ is regenerated
 If oxygen is present, pyruvate will be converted into acetyl CoA and enter the
Krebs cycle
Figure 5.15

49. Produk akhir dari fermentasi tergantung dari
organisme

50. TEERIMA KASIH