Pengantar Respirasi bakteri

Semua organisme termasuk bakteri perlu memecah molekul untuk mendapatkan elektronnya. Proses tersebut disebut sebagai respirasi bakteri. Disini kita akan melihat di mana energi disimpan, apa yang dilakukan bakteri dengan elektron dan energi. Bagaimana kita menggunakan respirasi bakteri untuk keuntungan kita sendiri. Semua organisme hidup membutuhkan energi untuk berkembang biak, tumbuh, bergerak, menghasilkan barang dan bereproduksi. Pada umumnya, organisme hidup mendapatkan energi dari makanan sebagai bahan bakar Ini bahan bakar kita, seperti bahan bakar hewan, tumbuhan dan bakteri. Tapi di mana sebenarnya energi ini dalam makanan? Bagaimana bakteri dan organisme hidup lainnya mengakses energi ini? Dan apa yang mereka lakukan jika makanan favorit mereka tidak ada?

Bagaimana organisme hidup memperoleh energi?

Setiap ikatan kimia antar atom mengandung energi. Sehingga, sebuah molekul yang terdiri dari kumpulan atom dan dengan demikian memiliki banyak ikatan kimia, mengandung energi. Ketika ikatan kimia seperti itu terbuka (terlepas), ia akan melepaskan energi dalam bentuk elektron. Tetapi, tergantung pada jenis ikatan kimia dalam molekul, maka elektron dapat memiliki tingkat energi yang lebih besar atau lebih rendah. Dengan demikian, mereka bisa saja mengandung lebih banyak energi atau lebih sedikit. Jadi, untuk mendapatkan energi dari molekul, organisme perlu memecah molekul dan mengekstrak elektron dengan energi yang tinggi. Hal tersebut dikarenakan, ikatan kimia cukup erat dan saat memutuskannya membutuhkan energi.

Setiap organisme harus memiliki set protein yang tepat agar dapat memutuskan ikatan kimia tertentu dalam molekul. Jenis protein tersebut ialah enzim. Jadi, jika suatu organisme memiliki enzim untuk memecah glukosa, maka ia dapat menggunakan glukosa untuk mengekstrak elektronnya dan memperoleh energi. Sebagian besar organisme melakukan hal tersebut. Mereka memecah glukosa menjadi produk yang lebih sederhana dan mengambil elektron yang telah dibebaskan. Dalam hal ini, glukosa disebut sebagai donor elektron. Kemudian, elektron-elektron tersebut akan ditransfer ke molekul yang lainnya, dikarenakan energi telah terpenuhi. Jadi, organisme menghemat energi ini dengan mentransfer elektron ini ke molekul lain. Molekul-molekul ini memiliki tingkat energi yang lebih rendah, sehingga molekul tersebut akan mengambil elektron. Proses tersebut disebut akseptor elektron. Tetapi, untuk menemukan akseptor elektron yang tepat tidak mudah, dibutuhkan banyak tahap dari donor elektron ke akseptor elektron.

Permisalan proses di atas seperti kejadian berikut ini. Bayangkan jika Anda berdiri di dinding yang tinggi dan ingin turun ke tanah. Anda bisa mengambil satu lompatan besar untuk mencapai tanah. Tapi kemudian Anda akan mengambil risiko bahwa jatuh yang tinggi ini akan memberi Anda begitu banyak energi sehingga Anda bisa mematahkan lutut Anda. Jadi, Anda bisa mengambil satu set tangga, yang membawa Anda ke tanah dalam beberapa langkah. Setiap langkah hanya melepaskan sebagian kecil energi tetapi itu pasti tidak akan menyakiti Anda. Sama halnya dengan elektron yang berasal dari donor dengan energi yang besar. Mentransfer elektron ini ke akseptor elektron terakhir akan membebaskan terlalu banyak energi sekaligus. Ini benar-benar bisa membakar sel. Oleh karena itu, organisme mentransfer elektron ini ke akseptor elektron perantara. Masing-masing langkah transfer elektron ini hanya melepaskan sebagian kecil energi yang membuat organisme tetap hangat tetapi juga memicu proses seluler. Proses transfer elektro ini terjadi di membran, dimana energi yang dilepaskan langsung dapat digunakan.

Elektron yang dilepaskan memberi energi pada flagella sehingga bakteri dapat berenang. Elektron juga dapat mengaktifkan transporter sehingga bakteri dapat mengimport atau mengekspor. Elektron yang tidak diperlukan dan kemudian disimpan dalam molekul seperti ATP. Seluruh proses transfer elektron dari donor ke akseptor terakhir disebut sebagai respirasi seluler atau respirasi bakteri. Sehingga, bakteri memperoleh energi dengan respirasi sel. Dalam membrannya, bakteri menggunakan elektron untuk memicu aktivitas flagella atau menghasilkan molekul untuk memperoleh energinya.

Kelemahan dari respirasi bakteri aerobik

Setelah molekul oksigen diisi dengan hanya satu elektron, selanjutnya ia akan menjadi hiperreaktif. Molekul oksigen semi-aktif pada dasarnya dapat bereaksi dengan senyawa apa pun di dalam sel dan dapat juga merusaknya. Hal tersebut yang membuat respirasi aerob cukup berbahaya. Jadi, setiap organisme bertujuan untuk menyembunyikan molekul oksigen reaktif ini di dalam membran. Namun, dapat terjadi bahwa molekul oksigen reaktif seperti itu dapat lepas dari membran. Dalam hal ini, proteinlah khusus mengikatnya dan memecahnya. Jadi, setiap organisme yang melakukan respirasi aerobik memiliki jenis protein pelindung yang sama untuk menyingkirkan molekul oksigen reaktif. Pada saat ilmuwan menemukan mikroba baru, pertama-tama mereka menguji apakah mikroba tersebut memiliki protein khusus. Pengujiannya dengan menambahkan sedikit hidrogen peroksida ke koloni bakteri tersebut. Ketika gelembung keluar dari bakteri tersebut, berarti mereka melakukan respirasi aerobik. Sehingga, mereka memiliki enzim untuk memecah molekul oksigen reaktif dan menghasilkan oksigen darinya.

Adakah molekul lain yang dapat digunakan bakteri sebagai sumber energi?

Seperti yang sudah dijelaskan di atas, sebagian besar bakteri menggunakan glukosa sebagai sumber energi untuk respirasi sel. Namun, ada beberapa juga pengecualian pada bakteri dan mikroba. Banyak bakteri dapat mengekstrak elektron dari asam organik dan asam amino yang berbeda, beberapa juga menggunakan senyawa belerang. Beberapa bakteri juga memecah gas rumah kaca seperti metana, karbon monoksida atau bahkan gas hidrogen. Sehingga bakteri jenis tersebut mungkin membantu dalam mengatasi masalah iklim.

Respirasi anaerob

Respirasi anaerobik berarti bakteri tidak mentransfer elektron mereka ke oksigen sebagai akseptor elektron. Sebaliknya, banyak bakteri memiliki enzim untuk mentransfer elektron mereka ke akseptor elektron yang berbeda. Hal tersebut tergantung pada bakteri apa yang tersedia di sekitar mereka. Akseptor elektron dapat berupa senyawa nitrat atau sulfat kemudian garam seperti arsenat atau bahkan logam seperti besi dan emas. Pada kebanyakan mikroba, respirasi anaerob berhubungan erat dengan fermentasi mikroba. Dalam hal tersebut bakteri dapat memecah glukosa tetapi menghasilkan molekul yang tidak membutuhkan oksigen. Sepeti ragi yang menghasilkan etanol dalam bir dan anggur atau bakteri asam laktat dalam asinan kubis dan yoghurt yang menghasilkan asam laktat untuk membuat makanan lebih asam.