METABOLISME BAKTERI PEREDUKSI SULFAT

Kelompok fisiologik bakteri pereduksi sulfat, atau juga dinamakan disulfurikan atau bakteri sulfidogen, mempunyai ciri berupa kemampuan untuk memindahkan hydrogen substrat kepada sulfat sebagai aseptor electron terminal dan mereduksi sulfat menjadi sulfide. Proses ini memungkinkan terjadi transport electron: sitokrom c mengambil bagian pada proses ini. Energi diperoleh secara fosforilasi transport electron pada kondisi anaerob.

Karena jenis reduksi sulfat ini secara formal serupa dengan respirasi dengan oksigen sebagai aseptor hydrogen, disebut juga respirasi sulfat atau juga reduksi sulfat disimilatorik. Produk utama reduksi sulfat ini adalah hydrogen sulfida.

8 H + SO42- ------- H2S + 2 H2O + 2 OH-

Sebagian besar dari H2S yang terbentuk alamiah berasal dari reaksi ini. Kalau dibandingkan dengan bakteri pereduksi nitrat maka bakteri pereduksi sulfat merupakan organisme anaerob obligat dan terikat pada kondisi anaerob yang ketat.

Bakteri pereduksi sulfat merupakan kelompok fisiologik yang terciri oleh pembentukan H2S dari sulfat. Sebagai donor hydrogen berfungsi sebagai senyawa-senyawa sederhana berbobot molekul rendah , yang terjadi pada penguraian anaerob biomassa, terutama selulosa: laktat, asetat, propionate, butirat, format, etanol, asam-asam lemak berbobot molekul tinggi, dan hydrogen. Menilik cara pengolahan asam-asam organic dapat dibedakan 2 kelompok yaitu; . Anggota-anggota kelompok pertama mengoksidasi donor hydrogen tidak sempurna dan mengekskresi asetat. Termasuk kelompok ini adalah jenis-jenis species pembentuk spora Desulfotomaculum ( D. nigrificans, D. orientis, dan D. ruminis ) dan spesies yang tidak membentuk spora Desulfovibrio (D. vulgaris, D.sulfuricans, D. gigas, D. thermophilus dan lain-lain).2. Kelompok kedua mencakup spesies-spesies dan jenis-jenis yang mampu tumbuh dengan alcohol, asetat atau asam-asam lemak berbobot molekul tinggi atau benzoate dan malahan secara kemo-ototrof dengan hydrogen atau format. Kedalam kelompok ini termasuk pembebtuk spora ( Desulfotomaculum acetoxidans ) dan juga batang-batang yang tidak terbentuk spora ( Desulfobacter ), kok (Desulfococcus ), sarcina ( Desulfosarcina ) dan bentuk-bentuk benang yang bergerak dengan meluncur (Desulfonema).

Reduksi Sulfat

Hampir senua bakteri, fungus, dan tumbuh-tumbuhan hijau mampu tumbuh dengan sulfat sebagai sumber belerang. Organisme ini memperoleh sulfide yang diperlukan untuk mensintesis asam-asam amino yang mengandung belerang, dengan cara reduksi sulfat secara asimilasi. Langkah pertama sama pada pereduksi sulfat disimilatorik maupun asimilatorik. Kalau pada reduksi sulfat disimilatirik, sulfat yang diaktivasi langsung direduksi, pada reduksi sulfat asimilatorik reduksi sulfat baru terjadi pada langkah aktivasi kedua. Reduksi sulfat didalam sel dimulai dengan aktivasi sulfat yang membutuhkan energy oleh ATP ; oleh ATP sulfurilase ( Sulfat adenilitransferase ) sisa difosfat dari ATP ditukar dengan sulfat;

ATP + SO42- ----- Adenosin-5’-fosfosulfat + PPi

Difosfat dipecahkan oleh difosfatase. Adenosin-5’-fosfosulfat ( APS )merupakan produk dari aktivasi ini. Langkah-langkah selanjutnya berbeda-beda. Untuk reduksi sulfat secara asimilatorik, APS difosforilasi oleh APS-kinase dan ATP menjadi fosfoadenosin fosfosulfat ( PAPS ): baru sulfat yang telah diaktivasi secara rangkap ini akan direduksi melalui sulfit menjadi sulfide. Pada reduksi sulfat secara disimilatorik APS direduksi oleh APS reduktase menjadi sulfit dengan membentuk AMP.

Nampaknya reduksi sulfit menjadi sulfide pada berbagai bakteri dilakukan melalui alur yang berbeda-beda. Oleh sulfit reduktase sulfit langsung direduksi menjadi sulfide dalam langkah enam electron , tanpa pembebesan senyawa-senyawa antara.Pada reduksi jenis ini seperti juga pada reduksi sulfit asimilatorik nampaknya ada keikutserataan senyawa-senyawa porifin-besi umum ( DEsulfovridin, Desulforubidin). Menurut mekanisne kedua ,sulfit direduksi dalam 3 langkah yang terjadi secara berurutan, menghasilkan 3 produk intermediar bebas ( tritionat dan tiosulfat ). Untuk ini dibayangkan bahwa electron-elektron untuk reduksi sulfit disediakan melalui sitokrom ( pada beberapa bakteri sitokrom b dan beberapa bakteri sitokrom c).

Fosforilasi Transport Elektron

Asumsi bahwa ada fosforilasi transport electron pada desulfurikan karena dapat ditunjukkan sitokrom dan protein –protein belerang-besi di dalam dan pada membrane sitoplasma dan ada perolehan energy dalam jumlah besar.Dibandingkan dengan sitokrom lain,sitokrom c mempunyai potensial redoks yang luar biasa (E0 = -205 mV )dan terdapat pada sisi luar membrane atau didalam ruang periplasma.

Jenis-jenis bakteri pereduksi sulfat yang sampai sekarang sudah diteliti benar mempunyai hidrogenase konstitutif ( H2 : sitokrom c3 oksidireduktase ), yang dapat dan mengaktivasi H2 maupun membebaskannya.Beberapa bakteri pereduksi sulfat tumbuh dengan H2 dan sulfat sebagai satu-satunya sumber energy. Kemampuan untuk mereduksi sulfat dengan H 2, dengan memproduksi sejumlah besar H2S tanpa pertumbuhan yang berarti, mungkin merupakan sifat kebanyakan bakteri pereduksi sulfat.

Transport electron dari hydrogen molekul sebagai donor hydrogen dengan mereduksi 1 mol sulfat menjadi 1 mol sulfida nampaknya terkait pada regenerasi 3 mol ATP , 2 mol diantaranya terpakai untuk aktivasi sulfat.

Oksidasi sulfat klasik

Oleh bkteri pereduksi sulfat yang klasik , sebagai contoh Desulfibrio vulgaris, substrat-substrat organic pada akhirnya tidak dioksidasi menjadi H2O dan CO2, tetapi diekskresi sebagai asetat. Bakteri-bakteri ini tidak memiliki siklus asam trikarboksilat yang lengkap. Di antara bakteri yang baru-baru diisolasi terdapat beberapa jenis yang dapat menguraikan asetat, asam-asam lemak berantai panjang dan juga benzoat.

Asimilasi substrat organic

Energi metabolism yang diperoleh dengan fosforilasi transport electron memungkinkan terjadi senyawa-senyawa organic ( asam-asam organic , asam-asam, amino, campuran-campuran kompleks). Banyak stan mampu mensintesis bahan sel dari asetat dan karbon dioksida , apabila hydrogen molekul berfungsi sebagai donor hydrogen. Asimilasi zat-zat organic pada proses oksidasi donor hydrogen anorganik disebut kemolitoheterotrof. Fiksasi CO2 melalui siklus calvin tidak dapat dinyatakan.

Peragian tanpa sulfat

Beberapa desulfurikan juga mampu mengubah laktat atau piruvat tanpa sulfat. Sebagai ganti oksidasi piruvat yang berlangsung sebagai berikut:

4 CH3-CO-COOH + H2SO4------ 4 CH3-COOH + 4 CO2 + H2S

Terjadi sebuah peragian dengan pembentukan H2:

CH3-CO-COOH + H2O------- CH3-COOH + CO2 + H2

Desulfurikan terkenal sebagai peragi potensial karena peragian laktat ini.

Pembiakan dan pengisolasian

Untuk membiakkan bakteri pereduksi sulfat diperlukan larutan biak yang mengandung donor hydrogen tertentu, substrat yang diasimilasi, mineral-mineral dan sulfat, harus diusahakan kondisi anaerob dan potensial redok yang cukup rendah ( E’0 = -200 mV ).

Penyebaran dan peran desulfurikan dalam kerumahtanggaan alam

Bakteri pereduksi sulfat terdapat terutama dalam lumpur kotor, dimana bahan-bahan organic mengalami penguraian anaerob. Desulfurikan nampaknya khusus diadaptasi terhadap asam lemak , asam oksi, alcohol, dan hydrogen peragian yang terjadi pada penguraian tidak sempurna dari karbohidrat. Massa H2S yang dibebaskan dalam alam harus dipandeang sebagai produk akhir respirasi sulfat. Perairan yang tercemar mengandung 104 sampai 106 desulfurikan/ ml, sedangkan lumpur kotor 107/ ml.

Belerang yang layak ditambang ( di Texas, Louisiana dan Meksiko )bukan berasal dari gunung berapi tetapi merupakan endapan belerang biogen dari massa geologic dahulu kala. Dengan mereduksi sulfat air laut dengan limbah organic ( air cucian) dengan pertolongan Desulfovibrio dapat dihasilkan H2S dan dengan demikian belerang jika diperlukan.

Yangmemiliki arti ekonomi yang lebih besar adalah pengkaratan anaerobic dari besi yang dilakukan oleh Desulfovibrio secara tidak langsung. Dalam lingkungan lembab terjadi polarisasi besi pada kondisi anaerobic:

1. Oksidasi besi

4 Fe + 8 H+ ----- 4 Fe2+ + 4H2

Pada keadaaan normal lapisan H2, melindungi besi agar tidak mudah dirusak lebih lanjut. Tetapi kalau ada sulfat dan desulfurikan, maka terjadi depolarisasi katodik, dan besi akan dioksidasi tanpa ada oksigen.

2. Reduksi Sulfat

4 H2 + SO42- ------ H2S + 2 H2O + 2 OH-

3. Pengendapan besi;

4 Fe2+ + H2S +2 OH- + 4 H2O ---- FeS + 3 Fe (OH)2 +6 H+

Penjumlahan 1-3 :

4 Fe + SO42- + 2 H2O + 2 OH+ ---------- FeS + 3 Fe (OH )2

Kerusakan pada pipa-pipa besi yang terjadi denagan cara demikian cukup besar. Kemampuan desulfurikan untuk mengolah asam-asam organic , alcohol, hydrogen bahkan H2 yang terbentuk pada polarisasi besi sebagai donor hydrogen , dimanfaatkan pada biak pengkayaaannya.

Desulfovibrio juga bertanggungjawab untuk kadar H2S yang tinggi pada kedalaman di bawah 200m dari laut hitam dan untuk warna hitam airnya oleh pengendapan besi. Akhirnya dapat dilihat pada cat hitam gondola pada Canale grande di Venesia sebagai tindakan pencegahan terhadap perubahan warna pada cat logam berat yang disebabkan oleh H2S.

Desulfotomaculum ruminis ikut serta pada pembentukan H2S dalam perut besar pemamah biak.

Pembentukan hydrogen sulfide oleh reduksi belerang

Sudah sejak lama diketahui bahwa suspense ragi yang meragikan gula, mengikutsertakan serbuk halus belerang yang dibubuhkan didalam pusaran pereduksian-pereduksian biologic dan menghasilkan H2S. baru saja ditemukan, beberapa bakteri mampu tumbuh dengan elemen belerang sebagai aseptor hidrogen untuk transport electron anaerob.Pada proses ini belerang direduksi menjadi H2S. Peristiwa ini disebut sebagai respirasi belerang.

Yang telah dikarakterisasai sampai sekarang ialah Desulfuromonas acetoxidans . bakteri ini yang bergerak dengan cemeti yang tertancap lateral dapat dibiakkan dan diisolasi dari air laut pada kondisi anaerob dalam larutan mineral yang mengandung asetat dan dicampur dengan serbuk halus belerang. Desulfuromonas acetoxidans mengoksidasi asetat atau etanol menjadi CO2. Desulfuromonas acetoxidans berbeda pada kebanyakan spesies Desulfovibrio , karena mampu mereduksi belerang dan mampu melakukan endo-oksidasi substrat organic. Kebanyakan spesies Desulfovibrio hanya mampu mereduksi sulfat atau sulfit tetapi tidak belerang,dan laktat misalnya hanya dioksidasi dengan membentuk asetat. Desulfuromonas acetoxidans, mengandung suatu sitokrom c7 dengan potensial redok rendah dan suatu 4 Fe-4 S- Protein. Bakteri ini mempunyai enzim siklus asam trikarboksilat.

Bakteri ini dapat hidup dalam asosiasi sintrof dengan bakteri-bakteri belerang hijau fototrof, yang didalam cahaya mengoksidasi H2S menjadi belerang dan memfiksasi CO2.

Referensi :

Schlegel, Hans G.,1994. Mkrobiologi Umum.UGM Press : Yogyakarta.