Slide 1

AQUATIC MICROBIALBIOCHEMISTRY ____________________________________________________Mikroorganisme (bakteri, jamur, protozoa, dan ganggang ) hidup sebagai katalis yang memiliki beberapa proses kimia besar yang terjadi di dalam tanah dan air.

Proses kimia yang sering terjadi di dalam air yaitu reaksi oksidasi reduksi dan proses organik yang dilakukan oleh bakteri.

Auliafika ResminingpuriVega NataliaNovi Diah W.Candrika NandaAurelia T. SendukDerryl FabioRizky Sofri H.Arsita Daisy W.Samuel LubisRestu WijayantiMikroorganisme air cenderung tumbuh di tempat pertemuan . Mikroorganisme tumbuh di banyak lagi yang padat tersuspensi dalam air atau pun endapan.Populasi bakteri air terbesar biasanya terletak di permukaan air.Mikroorganisme aerobik membutuhkan mereka untuk proses metabolisme , ini juga yang terakumulasi dari makanan dalam bentuk minyak atau lemak , lemak ) , polisakarida , dan protein.

Jamur , protozoa , dan bakteri ( dengan pengecualian dari protozoa dan bakteri fotosintetik yang diklasifikasikan sebagai reducers.Alga ini digolongkan sebagai produsen karena mereka memanfaatkan energi cahaya dan menyimpannya sebagai energi kimia . Dengan tidak adanya sinar matahari , alga memanfaatkan energi kimia untuk kebutuhan metabolisme mereka .Dengan kata lain, bakteri , protozoa , dan jamur dapat dilihat sebagai katalis lingkungan hidup , sedangkan ganggang berfungsi sebagai bahan bakar sel surya .

algaGanggang dapat dianggap sebagai organisme mikroskopis yang umumnya terdapat pada bahan organik dan anorganik yang menghasilkan nutrisi dari karbon dioksida dari proses fotosintesis.Selain sel tunggal, ganggang tumbuh sebagai filamen, lembar, dan koloni. Beberapa alga, terutama kelps laut, yang besar berupa organisme multiseluler.Studi dari ganggang adalah disebut phycology4 Kelas ALGAChrysophyta (kuning-hijau atau cokelat keemasan) Chlorophyta, umumnya dikenal sebagai ganggang hijau, bertanggung jawab untuk sebagian besar produktivitas utama dalam air segarPyrrophyta, umumnya dikenal sebagai dinoflagellates, yang motil dengan struktur yang memungkinkan mereka untuk bergerak dalam air.Euglonophyta Nutrisi dari ganggang adalah karbon ( diperoleh dari CO2 atau HCO3- ), nitrogen ( umumnya sebagai no3 - ), fosfor ( seperti beberapa bentuk dari orthophosphate ), belerang ( sebagai so 4 2- ), dan unsur jejak termasuk natrium, kalium, kalsium, magnesium, besi, kobalt, dan molibdenum.Kondisi tidak adanya cahaya , ganggang metabolisme zat organik dengan cara yang sama seperti organisme non fotosintetik .Ganggang memenuhi tuntutan metabolisme dengan menggunakan zat kimia dari bahan ringan yang disimpan dari pati atau minyak , atau dari protoplasma alga itu sendiri .Peran utama ganggang sistem air adalah dalam produksi biomassa . Hal ini terjadi dalam fotosintesis, merupakan perbaikan karbondioksida dan karbon anorganik dari pelarutan karbonat. Pada akhirnya ganggang akan menyediakan dasar rantai makanan bagi organisme lain di sistem .Kecuali jika terjadi pada tingkat yang berlebihan , yang mengarah ke penumpukan biomassa. Pertumbuhan ganggang dapat menghasilkan dari miselium yang berdampak menimbulkan untuk bau racun dalam air.FUNGIKarakteristik Fungi non-fotosintetik ( tidak berfotosintesis)Berserabutorganisme dapat menunjukkan berbagai morfologi (mikroskopis, makroskopis)Mikroskopisstruktur filamen jamur pada umumnya jauh lebih besar dari bakteri, danbiasanya 5-10 mm lebar

Jamur yang aerobik (membutuhkan oksigen) umumnya dapat berkembang di media yang lebih asam daripada bakteri biasa.

Mereka juga lebihtoleran terhadap konsentrasi yang lebih tinggi dari ion logam berat daripada bakteri.

fungsi penting jamur di lingkungan yaitu :selulosa dalam kayu dan bahan tanaman lainnya, untuk mencapai hal ini, sel-sel jamur mengeluarkan enzim ekstraseluler (exoenzyme), selulase, yang menghidrolisis larut selulosa untuk melarutkan karbohidrat yang dapat diserap oleh sel jamur.

Jamur tidak tumbuh dengan baik di dalam air. Namun, mereka dapat memainkan peran penting dalam menentukan komposisi air alami dan air limbah karena besar jumlah produk dekomposisi mereka yang masuk ke air.protozoaProtozoa adalah hewan mikroskopis yang terdiri dari sel-sel eukariotik tunggal. Protozoa diklasifikasikan berdasarkan morfologis (struktur fisik), alat gerak (flagell, cilia, pseudopodia), ada tidaknya kloroplas, kemampuan untuk membentuk kista, dan kemampuan untuk membentuk spora. Protozoa memiliki peran yang relative kecil dalam prosos biokimia lingkungan, tetapi sangat signifikan pada lingkungan akuatik dan tanah, karena:

Beberapa penyakit manusia yang merugikan, termasuk malaria, penyakit tidur, dan beberapa jenis disentri, disebabkan oleh protozoa parasit yang masuk ke tubuh manusia.Protozoa aktif dalam oksidasi biomassa degradable, khususnya di pengolahan limbah.Protozoa dapat mempengaruhi bakteri aktif dalam mendegradasi zat biodegradable dengan "merumput" pada sel bakteri.

Sel membrane protozoa terlindungi dan dilapisi oleh pelikel yang tebal, atau dengan lapisan mineral yang berfungsi sebagai eksoskeleton. Makanan dimasukkan melalui struktur yang disebut sitosom kemudian dicerna oleh enzim dalam vakuola makanan.

Sisa dari pencernaan makanan dikeluarkan melalui cytopyge atau anus dari protozoa itu sendiri, sedangkan untuk produk metabolisme yang larut seperti urea dan ammonia, dikeluarkan melalui vakuola kontraktil, yang juga mengeluarkan air dari dalam sel.Protozoa Akuatik yang MerugikanPfiesteria piscicida, organism bersel tunggal yang memiliki 20 tahap atau fase kehidupan, termasuk flagelata, amoeboid, dan tahap lainnya yang beberapa diantaranya memiliki kemampuan untuk berfotosintesis dan hidup parasit pada ikan.Pada tahap amoeboid dan dinoflagelata, yang terbentuk oleh zat pada kotoran ikan, organisme ini mengeluarkan neurotoksin yang melumpuhkan ikan, yang kemudian memungkinkan Pfiesteria untuk menyerang ikan dan mengakibatkan luka fatal.BakteriBakteri adalah mikroorganisme prokariotik bersel tunggal yang berbentuk batang (basil), bola (coccus), atau spiral (vibrio, spirilla, spirochetes).Ukuran 0,5-3,0 mikrometerDinding sel yang semirigid atau agak kaku, Adanya flagella sebagai alat gerak, Pembalahan binnerBakteri menghasilkan spora.

BAKTERI AUTOTROF tidak bergantung pada bahan organik untuk pertumbuhan dan berkembang pada media anorganik; mereka menggunakan karbon dioksida atau karbonat lainnya sebagai sumber karbon. Contoh bakteri autotrof adalah Gallionella

reaksi untuk menghasilkan energi untuk bakteri autotrof:4FeS(s) + 9O2 + 10H2O 4Fe(OH)3(s) + 4SO4 2- + 8H+

Bakteri Aerobik dan AnerobikSistem klasifikasi lain untuk bakteri tergantung pada kebutuhan mereka akan oksigen. Bakteri aerobik membutuhkan oksigen sebagai reseptor elektron:O2 + 4H+ + 4e- 2H2O Bakteri anaerob berfungsi hanya unutuk melengkapi ketersediaan oksigen.Lain halnya lagi untuk bakteri anaerobic dimana oksigen merupakan suatu racun. Kelas bakteri yang ketiga yakni, bakteri fakultatif, memanfaatkan oksigen bebas ketikatersedia dan menggunakan zat-zat lain sebagai reseptor elektron (oksidan) ketika molekuloksigen tidak tersedia.

SEL BAKTERI PROKARIOTIKGambar 6.3 menggambarkan sel bakteri prokariotik secara umum. Sel-sel bakteri tertutup dalam dinding sel, yang mana menahan isi sel bakteri dan menentukan bentuk sel. Dinding sel dalam kebanyakan bakteri sering dikelilingi oleh lapisan lendir (kapsul). Lapisan ini melindungi bakteri dan membantu sel-sel bakteri menempel pada permukaan.

Gambar 6.3 fitur utama sel bakteri prokariotik secara umum.Membran sel atau membran sitoplasma terdiri dari protein dan fosfolipid yaitu lapisan tipis hanya sekitar 7 nanometer ketebalannya pada bagian dalam permukaan dinding sel dekat sel sitoplasma. Membran sitoplasma sangat penting untuk fungsi sel dalam mengontrol sifat dan kuantitas bahan yang diangkut ke dalam dan keluar dari sel. Hal ini juga sangat rentan terhadap kerusakan dari beberapa zat beracun.

Lipatan dalam membran sitoplasma disebut mesosom yang terdapat beberapa fungsi. Salah satunya adalah untuk meningkatkan luas permukaan membran untuk memperbanyak transportasi bahan melalui itu. Fungsi lainnya adalah bertindak sebagai sebuah tempat untuk pembelahan sel selama reproduksi. DNA bakteri dipisahkan di mesosom selama pembelahan sel.

Rambut pili pada permukaan sel bakteri memungkinkan sel untuk menempel pada permukaan. Khusus pili seks memungkinkan transfer asam nukleat antara sel-sel bakteri selama pertukaran materi genetik. Pili seks agak mirip dengan pili - tetapi lebih besar, lebih kompleks, dan jumlahnya lebih sedikit. Pili juga mempunyai flagel yaitu, alat pelengkap gerak yang menyebabkan sel-sel bakteri bergerak dengan aksi mencambuk mereka. Bakteri dengan flagel disebut motile.

Sel bakteri terisi dengan larutan berair dan suspensi yang mengandung protein, lipid, karbohidrat, asam nukleat, ion, dan bahan lainnya. Secara kolektif, Bahan ini disebut sebagai sitoplasma, media di mana proses metabolism sel dilakukan. Komponen utama sitoplasma adalah sebagai berikut: Tubuh Nuklir terdiri dari makromolekul DNA tunggal yang mengontrol proses metabolisme dan reproduksi. Inklusi bahan makanan cadangan yang terdiri dari lemak, karbohidrat, dan bahkan unsur sulfur. Ribosom, yang merupakan tempat sintesis protein dan yang mengandung protein dan RNA.KINETIKA PERTUMBUHAN BAKTERIUkuran populasi bakteri dan alga uniseluler sebagai fungsi waktu dalamBudaya pertumbuhan diilustrasikan oleh Gambar 6.4, yang menunjukkan kurva populasi untukkultur bakteri. Budaya seperti itu dimulai dengan inokulasi media nutrisi yang kaya dengansejumlah kecil sel bakteri. Kurva Populasi terdiri dari empat daerah. itudaerah pertama ditandai dengan sedikit reproduksi bakteri dan disebut lag fase.

Kurva Populasi terdiri dari empat daerah.Daerah pertama ditandai dengan sedikit reproduksi bakteri dan disebut lagfase. Fase lag terjadi karena bakteri harus menjadi terbiasa untuk media baru. Setelah fase lag datang masa pertumbuhan bakteri yang sangat cepat. Ini adalah fase log/eksponensial, di mana penduduk ganda selama suatu interval waktu yang teratur disebut waktu generasi. Perilaku ini dapat dijelaskan oleh model matematika yang tingkat pertumbuhan sebanding dengan jumlah individu yang hadir dan ada tidak membatasi faktor-faktor seperti kematian atau kurangnya makanan.

Persamaan ini dapat di integrasikan menjadi :

dN/dt = kN

ln N/N0 = kt or N = N0ekt

di mana N adalah populasi pada waktu t dan N0 adalah populasi pada waktu t = 0. Jadi,cara lain untuk menggambarkan pertumbuhan penduduk selama fase log adalah untuk mengatakan bahwalogaritma dari populasi bakteri meningkat secara linear dengan waktu. Waktu generasi,atau Waktu penggandaan, adalah (ln 2) / k, analog dengan paruh peluruhan radioaktif. cepatPertumbuhan selama fase log dapat menyebabkan transformasi mikroba yang sangat cepatspesies kimia dalam air.Fase log berakhir dan fase diam dimulai ketika faktor pembatasditemui. Faktor khas membatasi pertumbuhan adalah penipisan nutrisi penting,membangun-up dari bahan beracun, dan kelelahan oksigen. Selama fase diam,jumlah sel yang layak tetap hampir konstan. Setelah fase diam, yangbakteri mulai mati lebih cepat daripada mereka bereproduksi, dan populasi memasuki fase kematian

Gambar 6.4 populasi kurva untuk kultur bakteri

Metabolisme BakteriBakteri adalah peserta penting dalam banyak siklus unsur penting di alam, termasuk nitrogen, karbon, dan belerang. Mereka bertanggung jawab untuk pembentukan banyak kandungan mineral, termasuk beberapa besi dan mangan. Pada skala yang lebih kecil, beberapa deposit ini terbentuk melalui aksi bakteri dalam sistem air alami dan bahkan dalam pipa yang digunakan untuk transportasi air.Metabolisme bakteri membahas proses biokimia dimana spesies kimia diubah dalam sel bakteri. Hal ini pada dasarnya adalah cara menurunkan energi dan bahan seluler dari zat-zat giziGambar 6.5. Metabolisme bakteri dan produksi energi.

Perbedaan utama antara bakteri dengan terminal akseptor elektron di rantai transpor elektron yang terlibat dalam proses dimana bakteri memperoleh energi dengan mengoksidasi bahan makanan

Faktor yang Mempengaruhi Metabolisme Bakteri Reaksi metabolisme bakteri yang dimediasi oleh enzim, katalis biokimia endogen untuk organisme hidup yang dibahas secara rinci dalam Bab 21. proses enzimatik dalam bakteri pada dasarnya sama dengan di organisme lain. Dalam hal ini, bagaimanapun hal ini berguna untuk meninjau beberapa faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim bakteri dan pertumbuhan bakteri.

Gambar 6.6 menggambarkan pengaruh konsentrasi substrat pada aktivitas enzim, di mana substrat adalah zat yang bertindak di atas enzim. Hal ini terlihat kegiatan enzim yang meningkat secara linear sampai nilai yang mewakili kejenuhan aktivitas enzim. Di luar konsentrasi ini, peningkatan tingkat substrat tidak mengakibatkan aktivitas enzim meningkat. Perilaku semacam ini tercermin dalam aktivitas bakteri yang meningkat dengan nutrisi yang tersedia sampai dengan nilai saturasi. Ditumpangkan pada plot ini dalam sistem bakteri yang meningkatkan populasi bakteri, pada dasarnya, meningkatkan jumlah enzim yang tersedia.

Gambar 6.6. Pengaruh peningkatan konsentrasi substrat pada aktivitas enzim. plot metabolisme bakteri sejajar seperti itu.

Gambar 6.7 menunjukkan pengaruh suhu terhadap aktivitas enzim dan bakteri pertumbuhan dan metabolisme. Hal ini terlihat bahwa pada rentang yang relatif singkat temperatur, alur aktivitas enzim sebagai fungsi kebalikan dari temperatur absolut, 1 / T, adalah linear (plot Arrhenius). Kurva menunjukkan tingkat pertumbuhan maksimum dengan suhu optimum yang miring ke akhir suhu tinggi dari kurva, dan menunjukan sebuah penurunan tiba-tiba di luar maksimum suhu. Hal ini terjadi karena enzim dihancurkan oleh yang didenaturasi pada suhu tidak jauh di atas optimum. Bakteri menunjukkan suhu optima yang berbeda

Gambar 6.7. Aktivitas enzim sebagai fungsi temperatur. Sebuah plot pertumbuhan bakteri vs suhu memiliki bentuk yang sama.

Gambar 6.8 adalah pH vs aktivitas enzim bakteri. Meskipun optimum pH akan sedikit beragam, enzim biasanya memiliki pH optimum sekitar netralitas.Enzim cenderung menjadi terdenaturasi pada pH ekstrem. Untuk beberapa bakteri, seperti yang yang menghasilkan asam sulfat dengan oksidasi sulfida atau yang menghasilkan asam organik dengan fermentasi bahan organik, pH optimal mungkin cukup asam, menggambarkan kemampuan bakteri untuk beradaptasi dengan lingkungan yang sangat ekstrim.

Gambar 6.8. Aktivitas enzim dan laju pertumbuhan bakteri sebagai fungsi dari pH.

Oksidasi mikroba dan PenguranganProses metabolisme di mana bakteri memperoleh energi mereka melibatkan mediasi reaksi oksidasi-reduksi. Reaksi oksidasi-reduksi paling penting yang terjadi dalam lingkungan air dan tanah melalui aksi bakteri diringkas dalam Tabel 6.1. Sebagian besar sisa bab ini dikhususkan untuk pembahasan reaksi redoks penting dimediasi oleh bakteri, terutama yangdiringkas dalam Tabel 6.1.

SAMUEL 6.9

Transformasi mikroba karbonKarbon merupakan unsur penting kehidupan dan menyusun persentase yang tinggi dari berat kering yang sehat .Bagi sebagian besar mikroorganisme

Energi dari sinar matahari yang disimpan sebagai energi kimia dalam senyawa organik . Akan tetapi , ketika ganggang yang mati , dekomposisi bakteri terjadi melalui respirasi aerobik pada kebalikan dari proses biokimia yang diwakili oleh reaksi di atas untuk fotosintesis , energi yang dilepaskan , dan oksigen dikonsumsi .

Sebagian dari mikroba dekomposisi bahan organik adalah sebuah langkah besar dalam produksi dari lahan gambut , sesuai , batu bara , serpih minyak , dan minyak bumi .Dalam mengurangi kondisi , terutama di bawah air , kandungan oksigen yang asli dari bahan tanaman ( perkiraan formula empiris , { ch2o } ) yang diturunkan , meninggalkan bahan dengan kandungan karbon relatif lebih tinggi .

Metana Pembentuk BakteriProduksi metana berperan dalam siklus karbon lokal dan global sebagai langkah terakhir dalam dekomposisi anaerobic bahan organik. Proses ini adalah sumber dari sekitar 80% dari metana yang memasuki atmosfer.Karbon dari mikroba yang menghasilkan metana bisa didapatkan baik dari reduksi CO2 atau fermentasi bahan organik, terutama asetatKetika karbon dioksida bertindak sebagai reseptor elektron dalam ketiadaan oksigen, metana gas dihasilkan:1/8 CO2 + H+ + e- 1/8 CH4 + 1/4H2O (1)Reaksi ini dimediasi oleh bakteri metana pembentuk. Bila bahan organic mikroba terdegradasi, setengah-reaksi untuk satu elektron-mol {CH2O} adalah {CH2O} + H2O CO2 + H + + e- (2)

Ada empat kategori utama bakteri penghasil metana. Bakteri ini, dibedakan terutama oleh morfologi, adalah Methanobacterium, Methanobacillus, Methanococcus, dan Methanosarcina. Produksi metana digunakan dalam pengolahan limbah biologistanaman untuk lebih menurunkan kelebihan lumpur dari proses lumpur aktif.bakteri metana pembentuk mendegradasi bahan organik tanpa adanya oksigenJika bahan organik ini diangkut ke air aerobik yang mengandung O2 terlarut, akan mengerahkan kebutuhan oksigen biologis (BOD). Produksi metana adalah sarana yang sangat efisien untuk menghilangkan BOD. Reaksi,CH4 + 2O2 CO2 + 2H2OMenunjukkan bahwa 1 mol metana membutuhkan 2 mol oksigen untuk oksidasi terhadap CO2.Oleh karena itu, produksi 1 mol metana dan evolusi selanjutnya dari air setara dengan penghapusan 2 mol kebutuhan oksigen.Dalam kasus yang menguntungkan, metana dapat dijadikan bahan bakar terbarukan dengan biaya produksi yang efektif.Sumber daya dari pencernaan anaerobik limbah organik. Beberapa instalasi menggunakan ternaklimbah penggemukan.Metana yang dihasilkan bawah tanah di tempat pembuangan sampah kota sedang disadap oleh beberapakota; Namun, metana merembes ke ruang bawah tanah bangunan dibangundi TPA mengandung sampah telah menyebabkan ledakan dan kebakaran yang serius.

Biodegradasi Bahan OrganikBiodegradasi bahan organik dalam air dan darat merupakan hal yang penting dalam suatu proses lingkungan. Ada berbagai polutan organik yang biosidal, yaitu :FungisidaHerbisidaInsektisida

Penjelasan Biodegradasi Bahan OrganikOksidasi terjadi dengan aksi dari enzim oksigenasi. Contoh : formasi epoksidaCara yang paling penting dari metabolisme pada cincin aromatik yang melimpah dalam senyawa xenobiotik

OKSIDASI

63Oksidasi mikroba dari hidrokarbon dengan degradasi mikroba dalam proses oksidasi sangat penting.Langkah awal yang paling umum dalam oksidasi mikroba dari alkana melibatkan konversi kelompok CH3 ke kelompok CO2.Lebih jarang , enzimatik awal serangan melibatkan penambahan sebuah atom oksigen ke sebuah non terminal karbon , membentuk keton.

Oksidasi Mikroba dari Hidrokarbon

OKSIDASI ASAM LEMAKHidrolisis, yang melibatkan penambahan dari h2o untuk sebuah molekul disertai oleh pembelahan dari molekul menjadi dua produk, adalah sebuah langkah besar dalam degradasi mikroba dari banyak senyawa pencemar, terutama pestisida ester, amida, dan ester organofosfat.Jenis enzim yang membawa tentang hidrolisis adalah enzim hydrolase; mereka yang memungkinkan hidrolisis dari ester yang disebut esterases, sementara yang yang memecah amida yang amidasesPengurangan ini dilakukan oleh enzim reduktase; sebagai contoh, nitroreductase enzim mengkatalisis pengurangan kelompok nitro.

Proses Biokimia Lainnya

1. Sebutkan ciri-ciri bakteri!2. Sebutkan peranan protozoa pada lingkungan akuatik dan tanah!!3. Sebutkan fase pertumbuhan bakteri!!4.TERRIMA KASIH