MODUL V

AKTIVITAS ENZIM INTRASELULER : UJI FERMENTASI DAN

OKSIDASI

PERCOBAAN 19

A. FERMENTASI KARBOHIDRAT

I. TUJUAN

1. Untuk mengetahui kemampuan mikroorganisme mendegradasi dan memfermentasi

karbohidrat dengan menghasilkan asam atau asam dan gas.

2. Untuk mengetahui kemampuan mikroorganisme menghasilkan enzim dalam

melakukan reaksi bioksidasi.

II. PRINSIP

Pada percobaan ini digunakan medium kaldu nutrisi yang ditambahkan sumber

karbohidrat (glukosa, sukrosa, dan laktosa) dan fenol merah sebagai indikator, serta

tabung Durham untuk menangkap gas yang terbentuk. Hasil positif bila fenol merah

berubah menjadi kuning dan kemungkinan terbentuk gas. Hasil negatif bila warna

tetap merah dan tidak terbentuk gas. Percobaan harus diamati paling lama 48 jam,

karena perpanjangan inkubasi akan menyembunyikan hasil produksi asam.

III. ALAT DAN BAHAN

1. Kultur biakan bakteri Escerichia coli, Bacillus subtilis,Bakteri A dan Bakteri B

berumur 24-48 jam.

2. Pembakar bunsen.

3. Jarum inokulasi.

4. 16 tabung reaksi yang berisi kaldu laktosa, glukosa, sukrosa, dan manitol

( masing-masing empat ) yang dilengkapi tabung durham.

IV.TEORI DASAR

Metabolisme adalah semua reaksi kimiawi yang dilakukan oleh sel yang

menghasilkan energi dan yang menggunakan energi untuk sintesis komponen-

komponen sel dan untuk kegiatan-kegiatan selular, seperti pergerakan. Reaksi

kimiawi yang membebaskan energi melalui perombakan nutrient disebut reaksi

disimilasi atau penguraian; jadi merupakan kegiatan katabolik sel. Sedangkan reaksi

kimiawi yang menggunakan energi untuk sintesis dan fungsi-fungsi sel lainnya

disebut reaksi asimilasi atau anabolik. Jadi, reaksi disimilasi menghasilkan energi,

dan reaksi asimilasi menggunakan energi.

Proses metabolisme dibedakan menjadi dua jenis yaitu anabolisme dan

katabolisme. Anabolisme (Biosintesis) yaitu reaksi biokimia yang merakit molekul-

molekul sederhana menjadi molekul-molekul  yang lebih kompleks. Misalnya

pembentukkan protein dari asam amino. Secara umum proses anabolik

membutuhkan energi. Sedangkan katabolisme yaitu reaksi biokimia yang memecah

atau menguraikan molekul-molekul  kompleks menjadi molekul-molekul yang lebih

sederhana. Proses katabolik melepaskan energi yang dibutuhkan oleh sel.

Aktivitas metabolisme tidak terlepas dari adanya enzim. Berdasarkan tempat

bekerjanya, bakteri memiliki juga jenis enzim yaitu endoenzim dan eksoenzim.

Endoenzim yaitu enzim yang berkerja dalam sel. Sistem endoenzim selain bersifat

anabolik dapat juga bersifat katabolik.sedangkan eksoenzim yaitu enzim yang

disekresikan ke luar sel dan berdifusi ke dalam media. Sebagian besar eksoenzim

bersifat hidroliktik, yang berarti bahwa eksoenzim menguraikan molekul kompleks

menjadi molekul yang molekul-molekul yang lebih sederhana. Molekul-molekul yang

lebih kecil ini kemudian dapat memasuki sel dan digunakan untuk kepentingan sel.

Macam-macam fermentasi karbohidrat :

1. FERMENTASI ALKOHOL

Dalam keadaan anaerob, asam piruvat yang dihasilkan oleh proses glikolisis

akan diubah menjadi asam asetat dan CO2. Selanjutnya, asam asetat diubah

menjadi alkohol. Proses perubahan asam asetat menjadi alkohol tersebut diikuti

pula dengan perubahan NADH menjadi NAD+. Dengan terbentuknya NAD+,

peristiwa glikolisis dapat terjadi lagi. Dalam fermentasi alkohol ini, dari satu mol

glukosa hanya dapat dihasilkan 2 molekul ATP. Fermentasi alkohol, secara

sederhana, berlangsung sebagai berikut.

Sebagaimana halnya fermentasi asam laktat, reaksi ini merupakan suatu

pemborosan. Sebagian besar dari energi yang terkandung di dalam glukosa

masih terdapat di dalam etanol, karena itu etanol sering dipakai sebagai bahan

bakar mesin. Reaksi ini, seperti fermentasi asam laktat, juga berbahaya. Ragi

dapat meracuni dirinya sendiri jika konsentrasi etanol mencapai 13% (Hal ini

menjelaskan kadar maksimum alkohol pada minuman hasil fermentasi seperti

anggur).

2. FERMENTASI ASAM LAKTAT

Proses glikolisis menghasilkan asam piruvat. Jika cukup oksigen, glikolisis

akan dilanjutkan dengan siklus Krebs. Bila kondisi anaerob (kurang oksigen)

yang terjadi, asam piruvat akan diubah menjadi asam laktat. Akibatnya, rantai

transpor elektron tidak terjadi karena tidak lagi menerima elektron dari NADH

dan FADH2 yang dalam keadaan aerob dihasilkan oleh siklus Krebs. Karena

tidak terjadi penyaluran elektron, maka NAD+ dan FAD yang mutlak diperlukan

dalam siklus Krebs juga tidak terbentuk sehingga daur Krebs terhenti. Reaksi ini

merupakan suatu pemborosan, karena hanya 7% dari energi yang terdapat pada

asam piruvat yang dibebaskan. Meskipun fermentasi asam laktat menghasilkan

senyawa yang merugikan otot, tetapi poses ini menghasilkan ATP bagi sel yang

tidak dapat melakukan respirasi secara aerob. Pada fermentasi asam laktat ini,

dari satu molekul glukosa dihasilkan ATP sebanyak 2 molekul. Secara

sederhana, fermentasi asam laktat berlangsung sebagai berikut.

Mungkin Anda heran mengapa didalam fermentasi asam laktat dapat dihasilkan

energi. Sebab kalau dipikir, molekul asam piruvat tidak lebih teroksidasi daripada

molekul glukosa. Jika rumus molekulnya diperhatikan, C3H4O3, maka seakan-

akan apa yang terjadi pada glikolisis hanyalah pemecahan molekul glukosa,

(C6H12O6), menjadi dua bagian (C3H6O3), yang kemudian kehilangan 2

elektronnya dalam bentuk 2 atom hidrogen. Hal ini memang benar. Tetapi,

penelitian lebih lanjut mengungkapkan bahwa apa yang terjadi bukan sekedar

itu. Satu ujung dari molekul asam piruvat (–CH3) sekarang lebih tereduksi

daripada yang terdapat pada glukosa, sedangkan pada ujung lainnya (–COOH)

lebih teroksidasi. Reaksi reduksi dan oksidasi inilah yang kemudian

membebaskan energi yang sedikit tersebut.

3. FERMENTASI ASAM CUKA

Fermentasi asam cuka merupakan satu contoh fermentasi yang

berlangsung dalam keadaan aerob. Fermentasi ini biasa dilakukan oleh bakteri

asam cuka (Acetobacter) dengan substrat etanol. Jika diberikan oksigen yang

cukup, bakteri-bakteri ini dapat memproduksi cuka dari bermacam-macam

bahan makanan yang beralkohol. Bahan makanan yang biasa digunakan yaitu

sari buah apel, anggur, biji-bijian fermentasi, malt, beras, atau bubur kentang.

Dari proses fermentasi asam cuka, energi yang dihasilkan lima kali lebih besar

daripada energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol. Secara umum reaksi

kimia yang terfasilitasi oleh bakteri ini adalah:

C2H5OH + O2 —> CH3COOH + H2O

KARBOHIDRAT

Karbohidrat adalah polihidroksi aldehid (aldose) atau polihidroksi keton (ketose)

dan turunannya atau senyawa yang bila dihidrolisa akan menghasilkan salah satu

atau kedua komponen diatas. Karbohidrat berasal dari bahasa Jerman, yaitu

“Kohlenhydrate” dan dari bahasa Perancis, yaitu “Hydrate de Carbon”. Penamaan ini

didasarkan atas komposisi unsur karbon yang mengikat hidrogen dan oksigen dalam

perbandingan yang selalu sama seperti pada molekul air yaitu perbandingan 2 : 1.

Karbohidrat memegang peranan penting dalam sistem biologi khususnya dalam

respirasi. Karbohidrat dihasilkan oleh proses fotosintesa di dalam tanaman-tanaman

berdaun hijau. Karbohidrat dapat dioksida menjadi energi, misalnya glukosa dalam

sel jaringan manusia dan binatang. Fermentasi karbohidrat oleh kamir atau mikroba

lain dapat menghasilkan CO2, alkohol, asam organik dan zat-zat organik lainnya.

Karbohidrat merupakan sumber energi bagi aktivitas kehidupan manusia

disamping protein dan lemak. Dalam bahan-bahan pangan nabati, karbohidrat

merupakan komponen yang relatif tinggi kadarnya. Beberapa zat yang termasuk

golongan karbohidrat adalah gula, dekstrin, pati, selulosa, hemiselulosa, pektin, gum

dan beberapa karbohidrat yang lain. Unsur-unsur yang membentuk karbohidrat

hanya terdiri dari karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O), kadang-kadang juga

nitrogen (N). Pentosa dan hektosa merupakan contoh karbohidrat sederhana,

misalnya arabinosa, glukosa, fruktosa, galaktosa dan sebagainya.

a. LAKTOSA

Laktosa adalah gula bisakarida yang tersusun atas glukosa dan galaktosa.

Laktosa dapat diuraikan menjadi glukosa dan galaktosa dengan bantuan enzim

β – galaktosidase. Bakteri dalam hidupnya dapat memanfaatkan baik laktosa

maupun glukosa tergantung gula mana yang tersedia di lingkungan. Bakteri

mempunyai kemampuan mensintesis β – galaktosidase sehingga bila laktosa

dimanfaatkan sebagai sumber karbon maka bakteri tersebut akan mampu

mengubah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa. Namun bila tersedia laktosa

dan glukosa maka bakteri akan memilih glukosa sebagai sumber karbon, karena

glukosa merupakan gula yang lebih langsung dimanfaatkan dalam proses

metabolisme.

Molekul Laktosa

b. GLUKOSA

Glukosa, suatu gula monosakarida, adalah salah satu karbohidrat

terpenting yang digunakan sebagai sumber tenaga bagi hewan dan tumbuhan.

Glukosa merupakan salah satu hasil utama fotosintesis dan awal bagi respirasi.

Bentuk alami (D-glukosa) disebut juga dekstrosa, terutama pada industri

pangan.

Gambaran Proyeksi Haworth struktur glukosa (α-D-glukopiranosa)

Karbohidrat merupakan sumber energi utama bagi tubuh manusia, yang

menyediakan 4 kalori (17 kilojoule) energi pangan per gram. Pemecahan

karbohidrat (misalnya pati) menghasilkan mono- dan disakarida, terutama

glukosa. Melalui glikolisis, glukosa segera terlibat dalam produksi ATP,

pembawa energi sel. Di sisi lain, glukosa sangat penting dalam produksi protein

dan dalam metabolisme lipid. Karena pada sistem saraf pusat tidak ada

metabolisme lipid, jaringan ini sangat tergantung pada glukosa.

Glukosa diserap ke dalam peredaran darah melalui saluran pencernaan.

Sebagian glukosa ini kemudian langsung menjadi bahan bakar sel otak,

sedangkan yang lainnya menuju hati dan otot, yang menyimpannya sebagai

glikogen ("pati hewan") dan sel lemak, yang menyimpannya sebagai lemak.

Glikogen merupakan sumber energi cadangan yang akan dikonversi kembali

menjadi glukosa pada saat dibutuhkan lebih banyak energi. Meskipun lemak

simpanan dapat juga menjadi sumber energi cadangan, lemak tak pernak secara

langsung dikonversi menjadi glukosa. Fruktosa dan galaktosa, gula lain yang

dihasilkan dari pemecahan karbohidrat, langsung diangkut ke hati, yang

mengkonversinya menjadi glukosa.

c. SUKROSA

Sukrosa ialah gula kristal yang manis rasanya, dibuat dari tebu atau beet,

mempunyai rumus kimia C12H22O11, mempunyai sifat aktif optik (memutar bidang

polarisasi). Dengan adanya sifat ini maka kadar gula (sukrosa, atau zat aktif

optik lainnya) dalam suatu larutan gula dapat ditentukan kadarnya dengan cara

polarisasi. Hidrolisis sukrosa menghasilkan glukosa dan fruktosa.

Sukrosa terbentuk melalui proses fotosintesis yang ada pada tumbuh-

tumbuhan. Pada proses tersebut terjadi interaksi antara karbon dioksida dengan

air didalam sel yang mengandung klorofil. Bentuk sederhana dari persamaan

tersebut adalah :

6 CO2 + 6 H2O —–> C6H12O6 + 6 O2

Struktur Sukrosa

d. MANNITOL

Mannitol adalah sebuah senyawa dengan formula (C6H8(OH)6) dan termasuk

dalam sugar alcohol. Mannitol sering digunakan dalam perusahaan makanan

dan farmasi karena keunikan dari strukturnya. Tingkat kemanisan mannitol

adalah 50% sama dengan kemanisan gula sukrosa. Mannitol juga hanya

mengandung 1,6 kalori pergram nya dan cocok untuk pengidap diabetes.

Struktur Mannitol

V. CARA KERJA

VI. HASIL PERCOBAAN

No

.

Bakteri Reagen Hasil Percobaan

1 Escerichia coli Glukosa

Warna kuning cerah, ada gelembung

Laktosa

Warna kuning keruh,gelembung udara sedikit.

Sukrosa

Warna ungu,tidak ada gelembung udara

Mannitol

Warna kuning cerah,ada gelembung udara

2 B.subtilis Glukosa

Warna kuning,tidak ada gelembung udara

Laktosa

Warna ungu,tidak ada gelembung udara

Sukrosa

Warna ungu,tidak ada gelembung udara

Mannitol

Warna ungu, tidak ada gelembung udara

3. Bakteri A Glukosa

Warna kuning, ada gelembung udara

Laktosa

Warna kuning keruh,gelembung udara sedikit

Sukrosa

Warna ungu,tidak ada gelembung udara

Mannitol

Warna kuning,ada gelembung udara

4. Bakteri B Glukosa

Warna kuning,tidak ada gelembung udara

Laktosa

Warna ungu,tidak ada gelembung udara

Sukrosa

Warna kuning, tidak ada gelembung udara

Mannitol

Warna ungu, tidak ada gelembung udara

VII. ANALISIS

1. Bakteri Escherichia coli

Dari hasil percobaan yang dilakukan, bakteri Escherichia coli memberikan hasil

positif pada reagen glukosa, laktosa, dan mannitol. Hal ini dibuktikan dengan

adanya gas yang ditangkap oleh tabung Durham. Pada tiga reagen ini juga

menghasilkan warna kuning pada larutan reagen. Warna kuning berarti bakteri ini

maenghasilkan asam saat bereaksi dengan reagennya. Sementara pada reagen

sukrosa, larutan menjadi warna ungu dan tidak menghasilkan gelembung udara,

berarti bakteri Escherichia coli memberikan hasil negatif untuk sukrosa. Hal ini

sesuai dengan literatur bahwa bakteri Escherichia coli dapat memfermentasi

glukosa dan laktosa dan kemampuan ini dapat digunakan untuk mendeteksi bakteri

Escherichia coli dengan lebih mudah.

2. Bakteri Bacillus subtilis

Dari hasil percobaan yang dilakukan, bakteri Bacillus subtilis memberikan hasil

negatif pada semua reagen dengan tidak terbentuknya gelembung udara. Semua

larutan reagen berubah menjadi warna ungu kecuali pada reagen glukosa, berarti

reagen-reagen ini menghasilkan basa. Hal ini tidak sesuai dengan literatur, karena

harusnya bakteri Bacillus subtilis memberikan hasil positif pada reagen karbohidrat

contohnya pada glukosa. Hal ini mungkin disebabkan karena waktu pengamatan

yang sudah lebih dari 48 jam, sehingga fermentasi malah menyembunyikan hasil

produksi asam dan menghasilkan basa pada substrat selain karbohidrat pada

medium.

3. Bakteri A

Dari hasil percobaan yang dilakukan, bakteri A memberikan hasil positif pada

semua reagen dengan terbentuknya gelembung udara. Lalu larutan reagen berubah

menjadi kuning kecuali pada sukrosa, yang berarti reagen ini menghasilkan asam

dari fermentasinya.

4. Bakteri B

Dari hasil percobaan yang dilakukan, bakteri B memberikan hasil negatif pada

semua reagen yang dibuktikan dengan tidak terbentuknya gelembung udara. Pada

reagen laktosa dan mannitol, larutan berubah menjadi ungu. Sementara pada

glukosa dan sukrosa, larutan menjadi kuning.

E.coli B.subtilis Bakteri A Bakteri B

Glukosa + - + -

Laktosa + - + -

Sukrosa - - + -

Mannitol + - + -

VIII. KESIMPULAN

1. Bakteri Escherichia coli mampu memfermentasi karbohidrat sehingga akan lebih

mudah dikenali dan mudah mengisolasinya.

2. Bakteri Bacillus subtilis bereaksi negatif pada fermentasi negatif padahal

seharusnya bakteri ini mampu memfermentasi karbohidrat.

3. Bakteri A memberikan hasil positif pada semua reagen sehingga diperkirakan

bakteri ini adalah bakteri Bacillus yang dapat memfermentasi karbohidrat.

4. Bakteri B memberikan hasil negatif pada semua reagen sehingga diperkirakan

bakteri ini adalah bakteri Pseudomonas.

IX. DAFTAR PUSTAKA

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Glukosa

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Laktosa

http://www.risvank.com

http://wikipedia.org/w/index.php?title=D-mannitol