Metabolisme Bakteri—Aerobik dan Anaerobik

Metabolisme energi bakteri adalah serangkaian jalur di mana bakteri mengekstraksi energi dari nutrisi dan mengonservasinya sebagai ATP dan gaya gerak proton. Bakteri memiliki keragaman metabolik: beberapa membutuhkan oksigen sebagai akseptor elektron terminal (respirasi aerobik), yang lain menggunakan akseptor alternatif atau tidak sama sekali (respirasi anaerobik dan fermentasi), dan banyak yang dapat beralih di antara mode-mode ini tergantung pada ketersediaan oksigen.

Definition

Metabolisme bakteri mencakup reaksi katabolik dan anabolik sel bakteri; metabolisme aerobik menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron terminal, sedangkan metabolisme anaerobik mengonservasi energi tanpa oksigen, baik melalui respirasi pada akseptor alternatif maupun melalui fermentasi.

Scope

Topik ini mencakup strategi utama penghasil energi bakteri—respirasi aerobik, respirasi anaerobik dengan akseptor elektron alternatif, dan fermentasi—bersama dengan klasifikasi bakteri berdasarkan hubungannya dengan oksigen dan regulasi yang memungkinkan sel memilih jalur yang paling menguntungkan. Ini adalah topik referensi dalam fisiologi mikroba dan tidak memberikan panduan klinis.

Core questions

• Bagaimana bakteri mengonservasi energi melalui respirasi dan fermentasi?
• Apa yang membedakan respirasi aerobik dari anaerobik?
• Bagaimana bakteri diklasifikasikan berdasarkan hubungannya dengan oksigen?
• Bagaimana sel mengatur jalur energi mana yang mereka gunakan?

Key concepts

• Respirasi versus fermentasi
• Akseptor elektron terminal (oksigen, nitrat, sulfat, fumarat)
• Rantai transpor elektron dan gaya gerak proton
• Aerob obligat, anaerob obligat, anaerob fakultatif, dan mikroaerofil
• Represi katabolit karbon
• Kontrol redoks ekspresi gen

Mechanisms

Dalam respirasi, elektron dari donor melewati rantai transpor elektron ke akseptor terminal, menghasilkan gaya gerak proton yang mendorong sintesis ATP; respirasi aerobik menggunakan oksigen, sementara respirasi anaerobik menggunakan akseptor seperti nitrat, sulfat, atau fumarat (Madigan et al., 2018; White et al., 2017). Dalam fermentasi, tidak ada akseptor elektron eksternal yang digunakan dan ATP dihasilkan oleh fosforilasi tingkat substrat, dengan molekul organik berfungsi sebagai penampung elektron internal. Bakteri merasakan oksigen dan keadaan redoks serta menyesuaikan ekspresi gen sesuai dengan itu (Bauer et al., 1999), dan mereka secara preferensial mengonsumsi sumber karbon yang paling menguntungkan melalui represi katabolit karbon (Görke & Stülke, 2008).

Clinical relevance

Kebutuhan oksigen suatu bakteri membantu menjelaskan di mana dalam tubuh bakteri tersebut tumbuh dan bagaimana bakteri tersebut dipulihkan di laboratorium, dan metabolisme anaerobik merupakan karakteristik organisme yang ditemukan di lokasi dengan sedikit oksigen. Produk fermentasi juga digunakan untuk membedakan bakteri dalam identifikasi diagnostik. Topik ini menjelaskan prinsip-prinsip metabolik ini untuk pemahaman dan bukan merupakan dasar untuk keputusan pengobatan.

History

Pengakuan bahwa bakteri dapat hidup dengan atau tanpa oksigen berasal dari studi Louis Pasteur pada abad kesembilan belas tentang fermentasi dan pembedaannya antara kehidupan aerobik dan anaerobik. Abad kedua puluh mengklarifikasi dasar kemiosmotik konservasi energi dan keragaman akseptor elektron terminal yang digunakan oleh bakteri, dan pekerjaan selanjutnya merinci bagaimana sel merasakan oksigen dan keadaan redoks untuk mengatur metabolisme mereka (Bauer et al., 1999) dan bagaimana mereka memprioritaskan nutrisi melalui represi katabolit (Görke & Stülke, 2008).

Key figures

• Carl Bauer
• Boris Görke
• Jörg Stülke

Seminal works

• bauer-1999
• gorke-stulke-2008

Frequently asked questions

Apa perbedaan antara respirasi aerobik dan anaerobik pada bakteri?

Keduanya menggunakan rantai transpor elektron untuk mengonservasi energi, tetapi respirasi aerobik menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron akhir, sedangkan respirasi anaerobik menggunakan akseptor alternatif seperti nitrat, sulfat, atau fumarat.

Bagaimana fermentasi berbeda dari respirasi?

Fermentasi menghasilkan ATP melalui fosforilasi tingkat substrat tanpa akseptor elektron eksternal atau rantai transpor elektron, menggunakan molekul organik sebagai penampung elektron internal, sehingga menghasilkan energi yang jauh lebih sedikit daripada respirasi.