mikrobiologi :: Kimia sel (I)

I. PENDAHULUAN

1.1.    Latar Belakang

Mikroorganisme termasuk bakteri-bakteri ada secara khusus dengan kebutuhan spesifik dari Na⁺ untuk mencapai perkembangan maksimum. Salah satu sifat esensial dan nyata dari besar jumlah bakteri asal laut tidak mampu berkembang tanpa absent total NaCl.  Adanya Na⁺ adalah sangat spesifik, tetapi konsentrasi dibutuhkan untuk mencapai suatu pertumbuhan optimal bervariasi dalam batas yang sempit 50-1000 mM.

Effendi,A. (1999). menyatakan bahwa mikroba yang hidup dengan salinitas optimal akan cendrung lebih resisten terhadap perubahan factor lingkungan yang berpengaruh pula terhadap makhluk tingkat tinggi yang ada. Beberapa reaksi kimia yang terjadi didalam air. Kelarutan gas dan nutrien. Hal ini akan ada kaitannya dengan kehidupannya dengan mikroba. Hubungan yang kuat antara salinitas dengan aktivitas bakteri nitrifikasi, terutama ammonium oksidizer.

Secara umum ada 2 faktor yang mempengaruhi pertumbuhan bakteri yaitu factor lingkungan dan unsur hara. Factor lingkunagn seperti suhu, pH oksigen terlarut dan salinitas. Bakteri umumnya tumbuh dalam kisaran salinitas yang cukup besar karena dorongan enzim permiase sehingga kosentrasi garam dapat diatur. Akan tetapi bila kosentrasi ini cukup tinggi maka air keluar dari sel sehingga pertumbuhan bakteri akan terhenti. ( Lay. Dan Hastowo, 1990)

Bakteri adalah organisme prokariotik yang tidak mempunyai inti sel yang hanya terdiri dari sel tunggal, meskipun sering berkembang dalam kelompok bakteri yang melekat satu sama lain. Kelompok bakteri ini disebut koloni. Genom bakteri terdiri dari DNA untaian ganda yang berbentuk lingkaran, terdapat dalm sitoplasma sel. Molekul DNA yang besar gen bakteri. Sedangkan yang berbentuk kecil yang disebut dengan plasmid ( Sabdono, 2001)

Listiawati (1990) mengatakan bahwa bakteri memiliki ukuran yang sangat kecil dengan kisaran garis tengah 0,22 – 0,5 mikron dan panjang 1 – 10 mikron. Perbanyakan bakteri dilakukan dengan membelah diri secara biner, susunan molekulnya mengandung protein, asam, inti, lemak dan karbohidrat.

Effendi,A. (1999) menyatakan bahwa mikroba yang hidup dengan salinitas optimalakan cendrung lebih resisten terhadap perubahan factor lingkungan yang berpengaruh pula terhadap makhluk tingkat tinggi yang ada. Beberapa reaksi kimia yang terjadi didalam air. Kelarutan gas dan nutrien. Hal ini akan ada kaitannya dengan kehidupannya dengan mikroba. Hubungan yang kuat antara salinitas dengan aktivitas bakteri nitrifikasi, terutama ammonium oksidizer.

Menurut Ruyitno (1991) bakteri laut terdiri dari 2 kelompok yaitu yang berasal dari daratan yang masuk melalui aliran sungai dan dari lautan itu sendiri. Di perairan laut penyebaran bakteri sangat luas dari permukaan sampaui ke dasar laut dalam.

Sejumlah bakteri menurut definisi  Larsen (1986) dalam Feliatra (2001) adalah bakteri halophilik lemah , tidak dapat berkembang pada media yang hanya mengandung NaCl dan kebutuhan akan ion K⁺, Mg⁺⁺, dan Ca⁺⁺ adalah lebih besar dari bakteri tanah atau bakteri air tawar.

1.2.    Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari pembuatan tugas ini adalah untuk menambah pemahaman tentang komponen penyusun mikroorganisme secara kimia dan dapat menjelaskan bagaimana proses metabolisme mikroorganisme. Manfaat yang diperoleh dari pembuatan makalah ini adalah dapat menjelaskan bagaimana reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam sel mikroorganisme.

II. ISI

2.1                         Ikatan dan Reaksi Kimia

Ikatan kimia adalah gaya tarik menarik antara atom-atom sehingga atom-atom tersebut tetap berada bersama-sama dan berkombinasi dalam senyawa, gagasan tentang pembentukan ikatan kimia dalah Lewis dan Langmunir,dalam pembentukan ikatan kimia, golongan gas mulia (VIIIA) sangat sulit membentuk ikatan kimia. Di duga bila gas mulia bersenyawa dengan unsur lain, tentunya ada suatu keunikan dalam konfigurasi elektronnya yang mencegah persenyawaan dengan usur lain. Bila dugaan itu benar maka suatu unsur atom yang bergabung dengan atom lain membentuk suatu senyawa mungkin mengalami perubahan dalam konfigurasi elektronnay yang mengakibatkan atom-atom tersebut lebih menyerupai gas

Definisi Ikatan Kimia adalah ikatan yang terjadi antar atom atau antar molekul dengan cara sebagai berikut :

A-atom yang 1 melepaskan elektron, sedangkan atom yang lain menerima elektron (serah terima elektron)

B-penggunaan bersama pasangan elektron yang berasal dari masing-masing atom yangberikatan
C-penggunaan bersama pasangan elektron yang berasal dari salah 1 atom yang berikatan

                     Berdasarkan perubahan konfigurasi elektron yang terjadi pada pembentukan ikatan, maka ikatan kimia dibedakan menjadi 4 yaitu : ikatan ion, ikatan kovalen, ikatan kovalen koordinat / koordinasi / dativ dan ikatan logam.

1-Ikatan Ionik. Definisi :  

Terjadi jika atom unsur yang memiliki energi ionisasi kecil/rendah melepaskan elektron valensinya (membentuk kation) dan atom unsur lain yang mempunyai afinitas elektron besar/tinggi menangkap/menerima elektron tersebut (membentuk anion). Kedua ion tersebut kemudian saling berikatan dengan gaya elektrostatis (sesuai hukum Coulomb). Unsur yang cenderung melepaskan elektron adalah unsur logam sedangkan unsur yang cenderung menerima elektron adalah unsur non logam.

2-Iktan Kovalen. Definisi :

Adalah ikatan yang terjadi karena pemakaian pasangan elektron secara bersama oleh 2 atom yang berikatan. Ikatan kovalen terjadi akibat ketidakmampuan salah 1 atom yang akan berikatan untuk melepaskan elektron (terjadi pada atom-atom non logam).  Ikatan kovalen terbentuk dari atom-atom unsur yang memiliki afinitas elektron tinggi serta beda keelektronegatifannya lebih kecil dibandingkan ikatan ion.  Atom non logam cenderung untuk menerima elektron sehingga jika tiap-tiap atom non logam berikatan maka ikatan yang terbentuk dapat dilakukan dengan cara mempersekutukan elektronnya dan akhirnya terbentuk pasangan elektron yang dipakai secara bersama.  Pembentukan ikatan kovalen dengan cara pemakaian bersama pasangan elektron tersebut harus sesuai dengan konfigurasi elektron pada unsur gas mulia yaitu 8 elektron (kecuali He berjumlah 2 elektron).

3-Ikatan Koordinat. Definisi :

 Adalah ikatan yang terbentuk dengan cara penggunaan bersama pasangan elektron yang berasal dari salah 1 atom yang berikatan [Pasangan Elektron Bebas (PEB)], sedangkan atom yang lain hanya menerima pasangan elektron yang digunakan bersama. Pasangan elektron ikatan (PEI) yang menyatakan ikatan dativ digambarkan dengan tanda anak panah kecil yang arahnya dari atom donor menuju akseptor pasangan elektron.

4-Ikatan Logam. Definisi :

  Adalah ikatan yang terbentuk akibat adanya gaya tarik-menarik yang terjadi antara muatan positif dari ion-ion logam dengan muatan negatif dari elektron-elektron yang bebas bergerak.  Atom-atom logam dapat diibaratkan seperti bola pingpong yang terjejal rapat 1 sama lain. Atom logam mempunyai sedikit elektron valensi, sehingga sangat mudah untuk dilepaskan dan membentuk ion positif. Maka dari itu kulit terluar atom logam relatif longgar (terdapat banyak tempat kosong) sehingga elektron dapat berpindah dari 1 atom ke atom lain.  Mobilitas elektron dalam logam sedemikian bebas, sehingga elektron valensi logam mengalami delokalisasi

Ikatan Kimia Lain yang termasuk pada Ikatan Kimia, antara lain Ikatan Hidrogen,IkatanVanDerWaals,danIkatanPisang.
A- Ikatan Hidrogen (1)

Ikatan hidrogen adalah sejenis gaya tarik antarmolekul yang terjadi antara dua muatan listrik parsial dengan polaritas yang berlawanan. Walaupun lebih kuat dari kebanyakan gaya antarmolekul, ikatan hidrogen jauh lebih lemah dari ikatan kovalen dan ikatan ion. Dalam makromolekul seperti protein dan asam nukleat, ikatan ini dapat terjadi antara dua bagian dari molekul yang sama. dan berperan sebagai penentu bentuk molekul keseluruhan yang penting.

Ikatan hidrogen terjadi ketika sebuah molekul memiliki atom N, O, atau F yang mempunyai pasangan elektron bebas (lone pair electron). Hidrogen dari molekul lain akan berinteraksi dengan pasangan elektron bebas ini membentuk suatu ikatan hidrogen dengan besar ikatan bervariasi mulai dari yang lemah (1-2 kJ mol-1) hingga tinggi (>155 kJ mol-1).

Kekuatan ikatan hidrogen ini dipengaruhi oleh perbedaan elektronegativitas antara atom-atom dalam molekul tersebut. Semakin besar perbedaannya, semakin besar ikatan hidrogen yang terbentuk.

Ikatan hidrogen mempengaruhi titik didih suatu senyawa. Semakin besar ikatan hidrogennya, semakin tinggi titik didihnya. Namun, khusus pada air (H2O), terjadi dua ikatan hidrogen pada tiap molekulnya. Akibatnya jumlah total ikatan hidrogennya lebih besar daripada asam florida (HF) yang seharusnya memiliki ikatan hidrogen terbesar (karena paling tinggi perbedaan elektronegativitasnya) sehingga titik didih air lebih tinggi daripada asam florida.

B- Ikatan Van Der Waals (1)

Gas mempunyal sifat bentuk dan volumenya dapat berubah sesuai tempatnya. Jarak antara molekul-molekul gas relatif jauh dan gaya tarik menariknya sangat lemah. Pada penurunan suhu, fasa gas dapat berubah menjadi fasa cair atau padat. Pada keadaan ini jarak antara molekul-molekulnya menjadi lebih dekat dan gaya tarik menariknya relatif lebih kuat. Gaya tarik menarik antara molekul-molekul yang berdekatan ini disebut gaya Van der walls.
C- Ikatan Pisang (1)

Ikatan pisang adalah istilah dalam kimia organik yang merujuk pada sejenis ikatan kimia kovalen yang geometri ikatannya melengkung menyerupai pisang.

2.2 Produksi kimia mikroorganisme

Metabolisme pada bakteri pada dasarnya seperti yang terjadi pada sel-sel organisme lain secara umum. Reaksi metabolisme terdiri atas dua proses yang berlawanan. Metabolisme pertama adalah sintesis protoplasma dan penggunaan energi disebut anabolisme. Metabolisme kedua yaitu suatu proses oksidasi substrat yang diikuti perolehan energi disebut katabolisme.

Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis,energikimiauntukkemosintesis.
1.Fotosintesis
             Arti 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,ungudanultraungu(tidakkelihatan).Yang digunakan dalam proses fetosintesis adalah spektrum cahaya tampak, dari ungu sampai merah, infra merah dan ultra ungu tidak digunakan dalam fotosintesis.
             Dalam fotosintesis, dihasilkan karbohidrat dan oksigen, oksigen sebagai hasil sampingan dari fotosintesis, volumenya dapat diukur, oleh sebab itu untuk mengetahui tingkat produksi fotosintesis adalah dengan mengatur volume oksigen yang dikeluarkan dari tubuh tumbuhan.Untuk membuktikan bahwa dalam fotosintesis diperlukan energi cahaya matahari, dapat dilakukan percobaan Ingenhousz.

2.PigmenFotosintesis
               Fotosintesis hanya berlangsung pada sel yang memiliki pigmen fotosintetik. Di dalam daun terdapat jaringan pagar dan jaringan bunga karang, pada keduanya mengandung kloroplast yang mengandung klorofil / pigmen hijau yang merupakan salah satu pigmen fotosintetik yang mampu menyerap energi cahaya matahari.

                 Dilihat dari strukturnya, kloroplas terdiri atas membran ganda yang melingkupi ruangan yang berisi cairan yang disebut stroma. Membran tersebut membentak suatu sistem membran tilakoid yang berwujud sebagai suatu bangunan yang disebut kantung tilakoid. Kantung-kantung tilakoid tersebut dapat berlapis-lapis dan membentak apa yang disebut grana Klorofil terdapat pada membran tilakoid dan pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid, sedang pembentukan glukosa sebagai produk akhir fotosintetis berlangsung di stroma.

Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap pembentukan klorofil antara lain :

1.Gen :
        Bila gen untuk klorofil tidak ada maka tanaman tidak akan memiliki
klorofil.
2.Cahaya :
        Beberapa tanaman dalam pembentukan klorofil memerlukan cahaya,
3.UnsurN.Mg,Fe :
        Merupakan unsur-unsur pembentuk dan katalis dalam sintesis klorofil.
4.Air :
        Bila kekurangan air akan terjadi desintegrasi klorofil.

Pada tabun 1937 : Robin Hill mengemukakan bahwa cahaya matahari yang ditangkap oleh klorofil digunakan untak memecahkan air menjadi hidrogen dan oksigen. Peristiwa ini disebut fotolisis (reaksi terang).

H2 yang terlepas akan diikat oleh NADP dan terbentuklah NADPH2, sedang O2 tetap dalam keadaan bebas. Menurut Blackman (1905) akan terjadi penyusutan CO2 oleh H2 yang dibawa oleh NADP tanpa menggunakan cahaya. Peristiwa ini disebut reaksi gelap NADPH2 akan bereaksi dengan CO2 dalam bentuk H+ menjadi CH20.

CO2 + 2 NADPH2 + O2 ————> 2 NADP + H2 + CO+ O + H2 + O2

Ringkasnya:
Reaksi terang :2H2O ——> 2NADPH2 + O2
Reaksi gelap :CO2 + 2 NADPH2 + O2——>NADP + H2 + CO + O + H2 +O2
atau
2H2O + CO2 ——> CH2O + O2
atau
6H2O + 6CO2 ------à C6H12O6 + 6O2

3.Kemosintesis
            Tidak semua tumbuhan dapat melakukan asimilasi C menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Beberapa macam bakteri yang tidak mempunyai klorofil dapat mengadakan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal dan reaksi-reaksi kimia, misalnya bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri besi dan lain-lain. Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu.
             Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi Fe3+ (ferri).Bakteri Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3, tepatnya Amonium Karbonat menjadi asam nitrit denganreaksi:
Nitrosomonas
(NH4)2CO3 + 3 O2 ——————————> 2 HNO2 + CO2 + 3 H20 + Energi
Nitrosococcus

1.SintesisLemak
               Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein, karena dalam metabolisme, ketiga zat tersebut bertemu di dalarn daur Krebs. Sebagian besar pertemuannya berlangsung melalui pintu gerbang utama siklus (daur) Krebs, yaitu Asetil Ko-enzim A. Akibatnya ketiga macam senyawa tadi dapat saling mengisi sebagai bahan pembentuk semua zat tersebut. Lemak dapat dibentuk dari protein dan karbohidrat, karbohidrat dapat dibentuk dari lemak dan protein dan seterusnya.

4.1.SintesisLemakdariKarbohidrat :
 Glukosa diurai menjadi piruvat ———> gliserol.
Glukosa diubah ———> gula fosfat ———> asetilKo-A ———> asam lemak.
Gliserol + asam lemak ———> lemak.

4.2.SintesisLemakdariProtein:
Protein————————>AsamAmino
protease

Artikel terkait :