methan dan methanogenesis n
TRANSCRIPT
Methan dan methanogenesis
Methan/CH4
Adalah komponen minor dari siklus karbon, memegang peranan penting bergantung situasi lokasi.
Pembentukkan methan merupakan hasil metabolisme mikrobial dalam keadaan anaerobik yang dihasilkan oleh kelompok methanogen yaitu Archaea yang merupakan anaerobik obligat.
metanogen
Menggunakan CO2 sebagai aseptor elektron terminal dalam respirasi anaerob dan mereduksi menjadi metan dengan elektron donor yang digunakan adalah H2.
Secara Garis besar reaksi metanogenesis :4H2 + CO2 menjadi CH4 + 2 H2OMetan adalah produksi komponen karbon yang
sedikit oleh metanogen dari bahan organik yang kompleks.
Sumber metan di atmosfir
Habitat Methanogenik :
1. Biogenik adalah ruminansia, sawah, rawa, termite, lautan, danau
2. Abiogenik adalah pembakaran biomassa, tambang batu bara, gunung berapi dan mobil
Methanogenik obligat
Terdapat di alam dengan jumlah terbanyak ada di rawa, rumen, tanah hutan, padang rumput.
Sumber bakteri metan terbanyak :
Di dalam rumen, 85/180 X 100% jumlah total sumber bakteri biogenik.
methanogen
Juga ditemukan pada saluran pencernaan mamalia, usus serangga pemakan kayu, dan habitat lain seperti rawa, sedimen, sawah.
Hidup endosimbion dengan berbagai protozoa termasuk amuba yang hidup bebas di perairan dan flagella yang ditemukan pada usus serangga.
Metanogenesis di laut
Metanogenesis lebih ekstensif di perairan tawar daripada lautan karena lautan memiliki kandungan sulfat yang tinggi.
Bila kandungan sulfat tinggi, bakteri pereduksi sulfat akan lebih aktif mereduksi H2 sehingga H2 yang dikonsumsi bakteri sulfat akan lebih banyak daripada oleh metanogen.
EKOSISTEM MIKROBIAL RUMEN
Ruminansia adalah mamalia herbivora yang mempunyai organ spesial yaitu rumen sebagai tempat pencernaan selulosa dan polisakarida tanaman lainnya, terjadi dengan bantuan aktivitas populasi mikrobial spesial.
Contoh hewan ruminansia :
Sapi, biri-biri, dan kambing
Rumen merupakan lingkungan anaerobik yang stabil
Proses pencernaan pada rumen adalah mencerna selulosa, tepung dan nutrisi lain menjadi CO2, H2 dan CH4 serta asam organik dengan berat molekul rendah seperti asam asetik, propionat dan butirik
Asam-asam organik tersebut akan diserap aliran darah hewan dan dioksidasi secara aerob untuk menghasilkan energi.
Akan tetapi CO2 dan CH4 bukan merupakan nutrisi untuk hewan.
Rumen
Fermentasi rumen
Tanaman terestrial mengandung polisakarida dengan kandungan selulosa lebih dari 40-50% dari total berat kering batang, daun dan akar.
Serat tersebut terdiri dari hemiselulosa dan polimer fenolik (lignin kompleks karbohidrat).
Selulosa adalah polimer linear dari molekul glukosa yang terikat satu sama lain oleh rantai beta (1-4) glikosidik yang merupakan masalah dalam sistem pencernaan vertebrata.
enzim penghidrolisis rantai beta (1-4) glikosidik
Tidak terdapat pada vertebrata.
Mamalia yang tidak punya enzim ini mendapatkan energi dari selulosa dengan bantuan mikroorganisme sebagai agen pencerna.
RUMEN
Tempat pencernaan selulosa yang mempunyai ukuran sangat besar (100-150 liter pada sapi, 6 liter pada biri-biri).
Suhu konstan 39oC
pH 6.5
Kandungan mikroba 1010-1011 sel/ml cairan rumen
Kandungan protozoa 106 sel/ml cairan rumen
Komposisi mikroba rumen
Bakteri 40-60%
Protozoa 40-60 %
Fungi 5-10 %
Archaea 3 %
Virus tidak jelas
Dari seluruh total mikroorganisme dalam rumen
Mekanisme pencernaan ruminansia
Makanan masuk rumen +air liur yang mengandung bikarbonat sehingga terjadi fermentasi mikroba.
Makanan dalam bentuk CUDS masuk retikulum, kembali ke mulut dan dikunyah kembali.
Setelah menjadi padatan+saliva langsung menuju omasum, abomasum, yang menyerupai lambung sebenarnya (asidik), dan terjadi pencernaan secara kimiawi, masuk usus halus dan usus besar.
Mekanisme perjalanan makanan
Makanan dalam rumen 9-12 jam
Bakteri + protozoa selulolitik menghidrolisis selulosa menjadi disakarida selubiose dan menjadi unit-unit glukosa bebas.
Glukosa yang dibebaskan oleh fermentasi bakteri adalah volatil fatty acid (VFAs), acetik primer, propionik dan butirik, gas CO2 serta metan.
Asam lemak yang masuk aliran darah dioksidasi menjadi sumber energi
Fermentasi karbohidrat
Fermentasi lain
Lipid, lignin, mineral dan vitamin kurang berperan dalam pencernaan karbohidrat dan protein tapi keberadaannya penting.
Lipid
Sebagian akan terhidrolisa, terhidrogenasi dan sumber gliserol.
Bila keberadaan lipid terlalu banyak, dapat menghambat fermentasi dalam rumen karena karbon dari karbohidrat dan protein sebagian besar akan digunakan oleh mikrobial lipid
Kadar lipid yang tinggi terutama dalam bentuk unsaturated lipid dalam rumen akan menjadi racun untuk mikroba lain dan menekan aktivitas fermentasi karbohidrat.
Lignin
Adalah komponen fenolitik yang jarang dicerna tapi dapat diserap oleh fungi.
Lignin dapat bergabung dengan nutrisi lain dari hasil pencernaan dan membantu degradasi.
Mineral
Penting untuk pertumbuhan mikroba dan hewan
Vitamin dihasilkan oleh mikroba dalam bentuk Cyanocobalamin dalam kuantitas besar. Lebih mencukupi untuk hewan terutama saat vitamin pada pakan sangat kurang.
Fungsi bakteri rumen
1.Sintesis selulosa menghasilkan enzim pemecah rantai beta(1-4)glikosidik menjadi sumber energi utama (glukosa) yang dipecah lagi menjadi VFAs, asetik primer, propionik dan butirik.
2. Sintesis protein kualitas tinggi dalam bentuk sel-sel bakteri.
3. Sintesis protein dari sumber nitrogen non protein seperti urea
4. Sintesis vitamin B, semua vit B
Fungsi bakteri dalam rumen
1. Dekomposer serat/ Fibrolitik
2. Dekomposer tepung/amilolitik
3. Dekomposer laktat
4. Dekomposer pektin
5. proteolitik
6. Metanogen
Dekomposer selulose
Bacteroides succinogenes Butyrivibrio fibrisolvens Ruminococcus albus Clostridium lochheadii
Dekomposer tepung
Bacteroides amylophilus Bacteroides ruminicola Selenomonas ruminantium Succinomonas amylolytica Streptococus bovis
Dekomposer laktat
Selenomonas lactilytica
Peptostreptococcus elsdenii
Dekomposer pectinLachnospira multiparus
MetanogenMethanobrevibacter ruminantium
Methanomicrobium mobile
protozoa
Cilliata dan Flagellata yang anaerob obligat
Contoh Diplodium dan Sarcodina
Tidak penting dalam proses fermentasi dalam rumen tapi menghidrolisis selulosa dan tepung, dan fermentasi glukose dengan menghasilkan bentuk asam organik yang sama seperti bakteri.
Fungsi protozoa
Mengendalikan densitas bakteri rumen/ fagositosis mikroba lain
Predator mikroba lain
Sumber protein yang dicerna enzim dalam rumen yang lebih cepat dicerna dibandingkan protein bakteri.
Menyimpan sebagian besar karbohidrat
Fungi rumen
Anaerobik, dengan spesies gabungan antara flagellata dan bentuk thallus.
Penelitian dalam kultur murni menunjukkan bahwa mereka dapat fermentasi selulosa menjadi VFAs.
Fungsi fungi :
Degradasi polisakarida lain dari tanaman yaitu lignin, hemiselulosa dan pektin.
Pemecahan dari senyawa tersebut akan menjadi partikel yang lebih mudah dicerna.
Fungi rumen akan hilang bila komposisi pakan hewan kurang atau rendah serat.
cyllamices
Archaea
Autotrofik metanogen
Produksi metan melalui respirasi anaerob.
CO2 direduksi menjadi metan.
Virus
Jumlah tidak diketahuiTidak berkontribusi dalam aktivitas
fermentasi atau respirasi.Fungsi melisis mikroba, melepaskan hasil
asimilasi mikroba dan fermentasi proses tersebut disebut microbial recycling, sama seperti protozoa yang secara kuantitatif lebih penting.
Dinamika ekosistem rumen
Umumnya konstan
Dikendalikan proporsi makanan
Kombinasi dan konsentrasi bakteri bergantung :
a. Komposisi pakan
b. Tingkat VFAs yang dihasilkan
c. Tingkat CO2
d. Kestabilan metan
Perubahan komposisi mikroba
Hewan dapat sakit/mati Asidosis atau pembentukan asam
dalam rumen yang dapat membunuh flora normal rumen.
Pada kondisi asidosis, kondisi lingkungan rumen sangat asam akibat fermentasi tepung, dan gula menjadi VFA dan Laktat.
Mikroba yang suka pH rendah akan mulai mendominasi ekosistem dalam rumen
Asam yang terbentuk membentuk gas yang menekan paru-paru dan mengakibatkan hewan kembung hingga pingsan.
Bila rumen asidosis seringkali pakan yang dimakan ternak jadi turun/sedikit.
Hewan pemakan rumput lain
1. Paus balen, punya lambung mirip rumen. VFAs yang dihasilkan mirip dari rumen tapi berasal dari khitin hewan invertebrata, ikan kecil dan kelp.Energi utama untuk mikrobial fermentasi dalam lambung ikan paus balen adalah N-asetilglukosamin (unit monomerik utama kitin).
Selanjutnya……
2. Burung hoatzin, punya usus fermentasi seperti rumen yang disebut CROP dan merupakan organ pencernaan utama, pH netral dan ada bakteri. VFAs dihasilkan sama seperti dalam rumen. Burung ini obligat folivorous, sumber karbon berasal dari selullosa. Setelah dicerna dalam CROP, makanan melewati oesophagus dan proventrikulus (asidik) menuju usus kecil.
crops
lanjutan
3. Kuda dan Kelinci mamalia herbifora bukan ruminansia. Lambungnya hanya satu tapi punya organ yang disebut Cecum, suatu organ pencernaan kecil yang terletak posterior pada usus besar(sebelum anus) sebagai saluran fermentasi selulolitik.
Mengandung banyak mikroflora selulolitik pencerna selulosa, yang berbeda spesies dengan mikroflora rumen. MO selulolitik ini dapat masuk ke lambung (asidik) menjadi sumber protein hewan. Mikroflora sering keluar bersama feses. Untuk mengganti kehilangan protein, kelinci suka makan kotoran sendiri/COPROPHAGA.