Dalam kehidupan, mahluk hidup memerlukan energi yang diperoleh dari proses metabolisme. Metabolisme terjadi pada semua mahluk hidup termasuk kehidupan mikroba. Pada hewan atau tumbuhan yang berderajat tinggi enzim yang di sediakan untuk keperluan metabolisme reatif stabil, selama terjadi perkembangan individu memang terjadi perubahan susunan enzim, akan tetapi pada pergantian lingkungan perubahan itu sangat kecil.
Metabolisme merupakan serentetan reaksi kimia yang terjadi dalam sel hidup (Bibiana W. Lay, 1992 dalam Darkuni, 2001). Dalam metabolisme ada dua fase yaitu katabolisme dan anabolisme. Metabolime ini selalu terjadi dalam sel hidup karena di dalam sel hidup terdapat enzim yang diperlukan untuk membantu berbagai reaksi kimia yang terjadi. Suatu proses reaksi kimia yang terjadi dapat menghasilkan energi dan dapat pula memerlukan energi untuk membantu terjadinya reaksi tersebut.
Menurut Darkuni (2001) 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. Secara singkat kegiatan proses ini disebut tansformasi zat. Hasil kegiatan ini akan dihasilkan nutrien sederhana seperti glukosa, asam lemak berantai panjang atau senyawa-senyawa aromatik yang dapat digunakan sebagai bahan untuk proses neosintetik, bahan sel Menurut Anonimous (2008) enzim sangat di pengaruhi oleh beberapa hal yaitu :
Konsentrasi enzim
Konsentrasi substrat
pH
suhu
Setiap enzim berfungsi optimal pada pH dan temperatur tertentu. Suhu yang sangat rendah dapat menghentikan aktivitas enzim tetapi tidak menghancurkannya. Aktivitas enzim diatur melalui 2 cara :
Pengendalian katalis secara langsung pengendalian genetik Proses metabolisme akan menghasilkan hasil metabolisme yang berfungsi menghasilkan sub satuan makromolekul dari hasil metabolisme yang berguna sebagai penyediaan tahap awal bagi komponen-komponen sel menghasilkan dan menyediakan energi yang dihasilkan dari ATP lewat ADP dengan fosfat. Energi ini sangat penting untuk kegiatan proses lain yang dalam prosesnya hanya bisa berlagsung kalau tersedia energi.
Bentuk-bentuk Metabolisme Pada Mikroba Fotosintesis adalah proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi cahaya atau foton. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu (tidak kelihatan) (Anonim, 2000). Kebanyakan Bacteria tidak mempunyai klorofil, namun ada juga beberapa spesies yang mempunyai pigmen fotosintesis yang dinamakan bakterioklorofil. Fotosintesis bakteri terjadi dengan cara yang sama seperti pada tumbuhan hijau, kecuali bahwa bakteri tidak mempunyai fotosistem II untuk fotolisis air. Sehinggga air tidak pernah merupakan sumber reduktan dan oksigen tidak pernah terbentuk sebagai produk.
Persamaan reaksi fotosintesis pada bakteri adalah sebagai berikut :
n CO2 + 2n H2A (CH2O)n + n H2O + 2n A
dimana : H2A = hydrogen donor (dapat berupa H2S atau asam-asam organic)
H2A dalam persamaan reaksi di atas dapat berupa substrat organika atau anorganik sebagai pengganti H2O. Menurut Volk&Wheeler (1993) berdasarkan pigmen dan tipe reduktan yang digunakan dalam fotosintesis (diwakili H2A) bakteri fotosintetik diklasifikasi menjadi tiga suku:
Chlorobiaceae
Bakteri ini di sebut juga sebagai bakteri belerang hijau. Organisme ini menggunakan beberapa senyawa yang mengandung belerang maupun gas hidrogen sebagai reduktan fotosintesis. Rumus khas untuk fotosintesis bakteri belerang hijau adalah salah satu diantara yang berikut tergantung pada reduktan yang tersedia
(CH2O mewakili karbohidrat yang disintesis) CO2 + 2H2S cahaya (CH2O) + H2O + 2S3CO2 + 2S + 5H2O cahaya 3 (CH2O) 2CO2 + Na2S2O3 + 3H2O cahaya 2(CH2O) + Na2SO4 + H2SO4 CO2 + 2H2O cahaya (CH2) + H2O
Chromaticeae
Bakteri ini di sebut juga bakteri belerang ungu yang berbeda dengan bakteri belerang hijau terutama karena bakteri ini mengandung sejumlah pigmen karotenoid merah dan ungu dalam selnya. Bakteri ini menggunakan reduktan fotosintesis yang sama dengan yang digunakan bakteri belerang hijau, sehingga bakteri belerang ungu dapat melakukan reaksi-reaksi yang sama dengan bakteri belerang hijau.
Rhodospirillaceae
Bakteri ini di sebut juga sebagai bakteri ungu non belerang. Secara morfologi bakteri ini memiliki kesamaan dengan Chromaticeae tetapi tidak mampu menggunakan senyawa belerang sebagai reduktan fotosintesis. Dua marga suku ini yang paling banyak dipelajari adalah Rhodospirillum dan Rhodopseudomonas. Organisme ini dapat menggunakan hidrogen atau berbagai senyawa organik sebagai reduktan. Berikut adalah salah satu contohnya :
CO2 + 2CH3CHOHCH3 cahaya (CH2O) + H2O + 2CH3COCH3
Satu sifat penting fotosintesis bakteri yang tidak dapat di jumpai pada fotosintesis tumbuhan hijau adalah bahwa fotosintesis bakteri hanya dapat berlangsung dalam keadaan sama sekali tanpa oksigen. Namun beberapa anggota suku Rhodospirillaceae dapat tumbuh tanpa fotosintesis dalam keadaan ada oksigen jika di beri medium yang cukup subur untuk tumbuhnya. Klorofil bakteri sedikit berbeda dengan klorofil tumbuhan hijau , cahaya dengan gelombang yang lebih panjang diserap oleh bakteri daripada tumbuhan hijau.
Fotolitotrof
Jasad-jasad yang menggunakan zat-zat anorganik sebagai donor electron seperti H2, NH3, atau S dinamakan jasad litotrof. Jasad fotolitotrof hanya tergantung pada cahaya matahari dan senyawa anorganik sebagai donor electron untuk pertumbuhannya. Pada bakteri fotolitotrof sumber hidrogennya bukanlah air, dan oksigen tidak pernah dihasilkan dalamproses fotosintesis (Tarigan, 1988). Pola reaksi fotosintesisnya dapat dituliskan sebagai berikut :
n CO2 + n H2S ----------------- > (CH2O) n + n H2O + 2 n S
Dalam sintesis ini O2 tidak dihasilkan, akan tetapi sulfur (S) tersimpan daalm sel untuk kemudian dikeluarkan dan H2S meruapakan donor hydrogen.
Kemolitotrof
Sumber energi jasad-jasad yang masuk dalam golongan kemolitotrof tergantung kepada hasil-hasil oksidasi reduksi, dan dapat menggunakan senyawa-senyawa anorganik sebagai donor electron untuk pertumbuhannya.
Fotoorganotrof
Jasad-jasad yang termasuk fotorganotrof hanya tergantung kepada energi sinar matahari dengan menggunakan senyawa-senyawa organic sebagai donor electron untuk pertumbuhannya. Bakteri belerang mengabsorb bahan-bahan organic dari lingkungan hidupnya sebagai sumber hydrogen, tetapi metabolit ini tidak dapat digunakan langsung sebagai nutrient. H2 yang diperoleh akan berswenyawa dengna CO2 sehingga dihasilkan karbohidrat.
Kemoorganotrof
Jasad-jasad yang termasuk kemoorganotrof ini hidupnya tergantung kepada hasil-hasil oksidasi- reduksi dan senyawa organic sebagai donor electron untuk pertumbuhannya. Tipe nutrisi pada golongan ini berbeda dengan tipe nutrisi golongan lain, karena nutrisi pada jasad yang termasuk golongan kemoorganotrof dapat berlangsung dalam suasana gelap tetapi harus ada oksigen. Dalam hal ini bahan mentah organic diabsorbsi secara langsung dan digunakan sebagai nutrient.
Proses Pembentukan ATP Pembentukan ATP (Adenosin triphosphat) adalah proses dihasilkan energi. Energi yang dihasilkan dalam bentuk ATP. Untuk membentuk ATP ini diperlukan energi sebanyak 7-8 Kcal dan penambahan fosfat. Karena itu pembentukkan fosfat. Karena itu pembentukkan ATP ini disebut juga dengan nama fosforilasi. Pola umum pembentukkan ATP digambarkan sebagai berikut : ADP + Pi ATP 7-8 Kcal.
Proses fosforilasi ADP (Adenosin difosfat) dapat terjadi melalui : fosforilasi fotosintetik, dilakukan oleh mikroba yang dapat melakukan proses fotosintetik fosforilasi substrat, dilakukan oleh mikroba yang tidak mempunyai kemampuan untuk melakukan fotosintetik, sumber utama untuk memperoleh energi adalah dari substrat fosforilasi oksidatif, dilakukan oleh mikroba yang tidak dapat melakukan fotosintesis serta tidak memerlukan substrat sebagia sumber untuk mendapatkan energi. Energi ini diperoleh untuk secara oksidasi. Fosforilasi dilakukan untuk memperoleh ATP karena itu perlu adanya suatu senyawa yang berikatan tinggi dan diperoleh dari hasil aktivasi susbstrat. Aktivasi ini dibantu oleh adanya enzim yaitu enzim NAD dan FAD.
Katabolisme sempurna untuk senyawa glukosa sehingga akan dihasilkan CO2 dan H2O terjadi dalam 3 tahap, yaitu glikolisis, siklus kreb, dan pengangkutan elektron atau elektron trsnsport sistem (ETS). Dari jalur penguarian glukosa akan dihasilkan asam piruvat yang selanjutnya akan dioksidasikan melalui jalur siklus krebs atau siklus TCA ( Trikarbiksilad acid = asam trikarboksilat). Juga dikenal dengan nama lain yaitu siklus asam sitrat karena rentetan siklus ini dimulai dari asam sitrat.
Siklus kreb ini sebenarntya merupakan jalan utama pada usaha pembangkitan ATP pada golongan mikroba atau bakteri aerobik, yaitu yang melalui fosforilasi oksidasi. Bila ada oksigen maka energi dari asam piruvat ini akan diubah melalui respirasi anaerobik. Proses ini akan menyebabkan hilangnya 1 molekul karbon dan terbentuknya CO2 serta enzim NADH. Dalam siklus kreb, asam sitrat (6C) akan diubah menjadi asam oksaluasetat dengan karbon menjadi 4 (4C). Proses ini dilakukan dengan reaksi oksidasi dan dekarboksilasi. Sistem pengangkutan elektron juga merupakan rantai respirasi, suatu jalur penggunaan elektron yang dihsilak oleh metabolisme terutama oleh metabolisme aerobik. Ada juga beberapa reaksi yang digunakan oleh bakteri anaerobik.
NADH dan FADH2 yang dihasilkan oleh respirasi aerobik tersebut dan juga oleh siklus krebs diangkut dan dipindahkan kemolekul pengangkut (carrier molekul) yang terdapat pada lipida membran. Molekul pengangkut ini terdiri protein dan non protein. Bagian protein berupa flavoprotein dan sitokrom. Sedangkan bagian non protein berupa quinone dalam bentuk koenzim Q. Rantai pengangukutan ini dimulai oleh oksidasi NADH dan diikuti oleh reduksi FAD sehingga akan dihasilkan FADH dan ATP. Pembentukan ATP dilakukan dengan fosforilasi oksidatif. Pada akhir rentetat reaksi dari rantai ini elekron alkan berekasi dengan oksigen sebagai aseptor elektron dengan bantuan enzim sitokrom oksidase. Oksigen akan bereaksi dengan ion hidrogen dan membentuk air. Rentetan reaksi dalam sistem ini dapat digambarkan sebagai suatu rantai yang pada masing-masing mata rantai akan dilewati elektron. Pada setiap mata rantai, pada reaksi tertentu akan dilepaskan energi sehingga energi ini dapat digunakan untuk menghasilkan ATP. Sistem pengangkutan elektron ini berlangsung dalam membran sel prokariot.
Hidrolisis Amilum merupakan karbohidrat yang masuk dalam jenis polisakarida. Polisakarida merupakan makromolekul, polimer dengan beberapa monosakarida yang dihubungkan dengan ikatan glikosidik. Beerapa polisakarida berfungsi sebagai materi simpanan atau cadangan yang nantinya ketika diperlukan akan dihidrolisis untuk menyediakan gula bagi sel (Campbell, 2002). Kemampuan untuk memanfaatkan gula atau unsur yang berhubungan dengan konfigurasi yang berbeda dari glukosa merupakan hasil kemampuan organisme untuk mengubah substrat menjadi perantara-perantara sebagai jalur untuk fermentasi glukosa (Kusnani, 2003). Berdasarkan hasil pengamatan metabolisme bakteri, tampak bahwa semua bakteri, baik Escerichia coli, Bacillus subtilis, dan Streptococcus aureus mampu menghidrolisis amilum. Bukti bahwa kesemua bakteri tersebut mampu menghidrolisis amilum adalah adanya daerah jernih atau bening yang terdapat di sekitar koloni bakteri yang sedang tumbuh (Hasil inokulasi).
Kemampuan untuk menghidrolisis amilum menjadi glukosa, maltosa, dan dekstrin karena mempunyai enzim amilase. Amilum tidak dapat langsung digunakan, sehingga bakteri harus menghidrolisis amilum terlebih dahulu menjadi molekul sederhana dan masuk ke dalam sel (Kaiser, 2005). Menurut Hadioetomo (1990), fungsi uji positif hidrolisis amilum pada bakteri ditandai dengan tampaknya area jernih di sekitar pertumbuhan bakteri yang digoreskan. Adanya daerah jernih tersebut disebabkan eksoenzim dan organisme menghidrolisis amilum dalam medium agar. Menurut Schegel (1994), fungi atau bakteri memproduksi α-amilase sehingga mampu menguraikan amilum dengan eksoenzim amilolitik tersebut amat luas antara mikroorganisme, diantaranya bakteri Bacillus macerans, Bacillus polimexa, dan Bacillus subtilis.
Pada hasil pengamatan diketahui bahwa Escerichia coli memiliki kemampuan paling tinggi dalam menghidrolisis amilum karena daerah jernih yang ditunjukkan disekitar koloni Escerichia coli paling luas dibandingkan dengan bakteri yang lain. Bila ditinjau dari pendapat Schegel tersebut dimungkinkan jumlah sel Escerichia coli yang diinokulasikan pada medium lebih banyak jumlahnya. Sehingga jumlah sel yang melakukan metabolisme semakin banyak, dan daerah jernih yang ditunjukkan pun terlihat paling luas. Pada uji adanya hidrolisis amilum digunakan larutan iodium pada tahap akhir. Iodium digunakan sebagai indikator adanya amilum, bila medium yang mengandung pati atau amilum diberi iodium maka akan nampak warna biru. Namun jika pati atau amilum tersebut telah terhidrolisis maka warnanya akan jernih atau bening. Warna jernih tersebut mengindikasikan bahwa pati atau amilum sudah terhidrolisis oleh eksoenzim pada bakteri (Hadioetomo, 1990).
Menurut Kaiser (2005) warna jernih atau bening pada sekeliling bakteri setelah ditambahkan iodium disebabkan karena amilum tidak dapat bereaksi lama dengan iodium. Pada ketiga bakteri yang diamati, kesemuanya mampu menghidrolisis amilum, hal ini menunjukkan bahwa bakteri-bakteri tersebut menghasilkan enzim α-amilase. Hidrolisis Lemak Berdasarkan hasil pengamatan dan analisis data ketiga bakteri Escerichia coli, Bacillus subtilis, dan Streptococcus aureus dapat menghidrolisis lemak, dan yang mempunyai kemampuan paling tinggi untuk menghidrolisis lemak adalah Streptococcus aureus. Hal ini terlihat dari intensitas yang ditunjukkan dalam warna merah yang terdapat di bawah pertumbuhan bakteri Streptococcus aureus. Hal ini menunjukkan bahwa jumlah enzim lipase yang dihasilkan oleh bakteri ini paling besar jika dibandingkan dengan bakteri lainnya. Kemampuan enzim lipase dalam memecahkan molekul lemak menjadi asam lemak dan gliserol paling besar. Tempat hidup Streptococcus aureus yang biasanya tinggal pada wajah dan umumnya menimbulkan jerawat bagi pasiennya merupakan bukti pendukung bahwa Streptococcus aureus optimum dalam menghidrolisis lemak sebagai sumber energi untuk pertumbuhan dan perkembangan sel. Menurut Gaman, dkk (1981) lemak merupakan campuran trigleserida yang terdiri atas 1 molekul gliserol yang berikatan dengan 3 molekul asam lemak. Lemak memiliki sifat antara lain: tidak larut dalam air, bila dipanaskan akan terjadi perubahan pada titik cair, titik asap dan titik nyala, serta plastis dan bentuknya mudah berubah-ubah bila mendapat tekanan, bisa mengalami ketengikan, dan reaksi dengan alkali akan membentuk sabun dan gliserol. Enzim lipase mampu menghidrolisis lemak dan memecahkan menjadi 3 molekul asam lemak dan 1 molekul gliserol, reaksi kimia yang menunjukkan hidrolisis tersebut adalah sebagai berikut:
Hidrolisis Protein Berdasarkan hasil pengamatan dan analisis data pada medium lempeng Skim Milk Agar (SMA) yang digunakan untuk mengidentifikasi bakteri yang dapat menghidrolisa kasein, ketiga jenis bakteri (Escerichia coli, Bacillus subtilis, dan Streptococcus aureus) tersebut dapat menghidrolisis protein. Kemampuan bakteri dalam menghidrolisis protein ditunjukkan dengan terbentuknya daerah bening/jernih di sekitar goresan (tempat pertumbuhan bakteri yang diinokulasikan). Hal ini sesuai dengan pendapat Hadioetomo (1990) yang menyatakan bahwa uji positif ditandai dengan tampaknya area jernih di sekitar pertumbuhan organisme yang digoreskan. Dari ketiga bakteri (Escerichia coli, Bacillus subtilis, dan Streptococcus aureus) tersebut mempunyai kemampuan menghidrolisis yang berbeda-beda sebagaimana disebutkan pada data hasil pengamatan, dari data hasil pengamatan secara berurutan berdasarkan kemampuannya dalam menghidrolisis protein dari yang paling tinggi sampai yang paling rendah adalah Bacillus subtilis, Escerichia coli, dan Streptococcus aureus.
Perbedaan kemampuan dalam memghidrolisis protein dimungkinkan disebabkan karena prosuksi eksoenzim yang berupa enzim protease yang berbeda. Dimungkinkan Bacillus subtilis memiliki kemampuan menghasilkan protease lebih banyak dibandingkan Escerichia coli, dan Streptococcus aureus. Adapun kemungkinan lain dari perbedaan kemampuan menghidrolisis protein adalah jumlah sel bakteri dari tiap jenis yang diinokulasikan pada medium tidak sama sehingga mempengaruhi hasil hidrolisis protein tersebut yang ditandai dengan perbedaan jumlah koloni yang tumbuh pada medium. Perbedaan jumlah sel bakteri pada tiap jenis bakteri dapat memberikan pengaruh yang nyata. Semakin banyak jumlah sel bakteri, maka semakin banyak sel yang melakukan metabolisme, akibatnya semakin luas daerah jernih pada medium. Hidrolisis protein terjadi karena adanya reaksi enzimatis. Bakteri yang mempunyai eksoenzim mampu menghidrolisis kasein, yang menyababkan suspensi (medium) akan menjadi daerah jernih di sekeliling pertumbuhan bakteripertumbuhan bakteri.
Kaiser (2005) menyatakan bahwa jika bakteri yang mempunyai eksoenzim mampu menghidrolisis kasein, maka suspensi kan menjadi daerah jernih di sekeliling daerah pertumbuhan bakteri. Protein merupakan senyawa penting dalam tubuh organisme hidup. Medium yang digunakan untuk mengetahui adanya hidrolisis protein adalah terbuat dari susu skim yang dicampur agar dan aquades, dimana di dalam susu skim tersebut terkandung kasein yang nantinya akan terhidrolisis menjadi peptida dan asam amino.
Bakteri melakukan hidrolisis berbagai protein menjadi asam amino tunggal dengan tujuan menggunakan asam amino tersebut untuk sintesis protein dan molekul seluler yang lain atau sebagai sumber energi (Kaiser, 2005). Dalam pengamatan kami, daerah jernih terbentuk di sekitar daerah pertumbuhan bakteri, hal ini disebabkan oleh kasein yang nampak putih dalam suspensi koloid (medium SMA) telah terhidrolisis menjadi peptida dan asam amino yang hasilnya berupa energi yang digunakan untuk metabolisme pertumbuhan dan perkembangan sel.
