Metabolisme mikroba mengacu pada beragam proses biokimia yang digunakan mikroorganisme untuk memperoleh energi, mensintesis komponen seluler, dan mempertahankan viabilitas. Bakteri dan arkea menunjukkan keragaman metabolik yang luar biasa, jauh melebihi tumbuhan dan hewan.
Sumber Energi dan Klasifikasi
Mikroorganisme diklasifikasikan berdasarkan sumber energi dan karbon mereka. Fototrof, seperti sianobakteri dan bakteri sulfur ungu, menggunakan energi cahaya untuk melakukan fotosintesis. Kemotrof memperoleh energi dari senyawa kimia: kemolitotrof mengoksidasi senyawa anorganik (H₂, H₂S, NH₃, Fe²⁺), sementara kemoorganotrof mengoksidasi senyawa organik (glukosa, asam lemak, asam amino). Autotrof menggunakan CO₂ sebagai sumber karbon mereka (misalnya sianobakteri, bakteri nitrifikasi), sedangkan heterotrof memerlukan sumber karbon organik (misalnya E. coli, Bacillus, sebagian besar patogen).
Respirasi Aerob
Glikolisis (jalur Embden-Meyerhof-Parnas) mengubah glukosa (6C) menjadi dua molekul piruvat (3C), menghasilkan 2 ATP dan 2 NADH per glukosa. Siklus asam sitrat (siklus Krebs, siklus TCA) mengoksidasi asetil-KoA menjadi CO₂, menghasilkan NADH, FADH₂, dan GTP. Rantai transpor elektron (ETC), yang terletak di membran sitoplasma, mengoksidasi NADH dan FADH₂ saat elektron melewati kompleks I-IV dengan O₂ berfungsi sebagai akseptor elektron akhir; ATP dihasilkan melalui fosforilasi oksidatif melalui gaya gerak proton yang mendorong ATP sintase.
Metabolisme Anaerob
Dalam respirasi anaerob, akseptor elektron alternatif digunakan seperti nitrat (NO₃⁻ → NO₂⁻ → N₂), sulfat (SO₄²⁻ → H₂S), atau karbonat (CO₂ → CH₄), umum ditemukan pada bakteri denitrifikasi, pereduksi sulfat, dan metanogenik. Fermentasi menggunakan senyawa organik sebagai donor dan akseptor elektron, tanpa ETC atau fosforilasi oksidatif; ATP diproduksi semata-mata oleh fosforilasi tingkat substrat. Jalur fermentasi umum meliputi homolaktik (Lactobacillus, Streptococcus → asam laktat), alkohol (ragi → etanol + CO₂), asam campuran (E. coli → asam laktat, asam asetat, etanol, CO₂, H₂), dan butanediol (Enterobacter). Produk akhir fermentasi digunakan secara industri untuk memproduksi yogurt, keju, roti, bir, anggur, dan biofuel.
Metabolisme Nitrogen
Fiksasi nitrogen, konversi N₂ menjadi NH₃ oleh kompleks enzim nitrogenase, dilakukan oleh Azotobacter, Rhizobium (simbiosis dengan kacang-kacangan), dan sianobakteri. Nitrifikasi melibatkan oksidasi NH₃ menjadi NO₂⁻ (Nitrosomonas) dan NO₂⁻ menjadi NO₃⁻ (Nitrobacter). Denitrifikasi adalah reduksi NO₃⁻ menjadi gas N₂ dalam kondisi anaerob (Pseudomonas, Paracoccus). Reduksi nitrat asimilatif mengubah NO₃⁻ menjadi NH₃ untuk biosintesis asam amino dan nukleotida.
Regulasi Metabolik
Represi katabolit memastikan bahwa glukosa, sebagai sumber karbon yang disukai, merepresi gen untuk memetabolisme gula alternatif (misalnya operon lac pada E. coli). Inhibisi umpan balik mencegah produksi berlebih karena produk akhir dari jalur biosintetik menghambat enzim pertama dalam jalur tersebut. Sistem regulasi dua komponen (misalnya EnvZ/OmpR) merasakan perubahan lingkungan dan menyesuaikan ekspresi gen yang sesuai.
