MAKALAH MIKROBIOLOGI LINGKUNGAN
BIODEGRADASI
DISUSUN OLEH NGESTI RAHAYU (140410110004) RAHAYU APRIYANTI (140410110034) YOUANITHA DE VATMA (140410110070) RIANI ROSTAMI (140410110080) ANINDITA RACHMADIANI (140410110082) TUHFAH MUNAWWAROH (140410110088)
JURUSAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PADJAJARAN 2012
KATA PENGANTAR Assalamualaikum Wr.Wb. Puji syukur saya panjatkan kepada Allah SWT.Atas berkat dan rahmat dan hidayah-Nya lah makalah yang berjudul “Biodegradasi” dapat terselesaikan untuk memenuhi tugas Mikrobiologi Lingkungan Jurusan Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjajaran. Sholawat serta salam tetap tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW, kepada para keluarganya, para sahabatnya dan semoga sampai kepada kita selaku umatnya.
Dalam penyelesaian makalah ini tidak terlepas dari dukungan berbagai pihak,baik secara langsung ataupun tidak langsung.dalam kesempatan ini saya ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Orangtua yang telah memberi dukungan berupa materi dalam penyelesaian makalah ini. 2. Ibu Prof Poniah. selaku Dosen Mata Kuliah Mikrobiologi Dasar yang telah membimbing dalam menyusun makalah ini. 3. Teman-teman Mahasiswa S-1 Jurusan Biologi Angkatan 2011
Wassalamualaikum Wr.Wb. Jatinangor ,Maret 2013 Penulis
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
i
DAFTAR ISI
ii
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Tujuan
1
1.3 Identifikasi Masalah
1
BAB II ISI
2
2.1 Biodegradasi
2
2.2 Mekanisme Biodegradasi
3
2.2 Biodegradasi dalam Lingkungan
3
2.3 Contoh Biodegradasi
4
BAB III PENUTUP
8
3.1 Kesimpulan
8
DAFTAR PUSTAKA
9
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan pembangunan di
Indonesia khususnya bidang industri, senantiasa
meningkatkan kemakmuran dan dapat menambah lapangan pekerjaan bagi masyarakat kita. Namun di lain pihak, perkembangan industri memiliki dampak terhadap meningkatnya kuantitas dan kualitas limbah yang dihasilkan termasuk di dalamnya adalah limbah bahan berbahaya dan beracun (B3). Bila tidak ditangani dengan baik dan benar, limbah B3 akan menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan. Untuk mengatasi limbah (khususnya limbah B3) dapat digunakan metode biologis sebagai alternatif yang aman, karena polutan yang mudah terdegradasi dapat diuraikan oleh mikroorganisme menjadi bahan yang tidak berbahaya seperti CO2 dan H2O. Cara biologis atau biodegradasi oleh mikroorganisme, merupakan salah satu cara yang tepat, efektif dan hampir tidak ada pengaruh sampingan pada lingkungan. Hal ini dikarenakan tidak menghasilkan racun ataupun blooming (peledakan jumlah bakteri). Mikroorganisme akan mati seiring dengan habisnya polutan dilokasi kontaminan tersebut.
1.2 Tujuan 1.2.1 Mengetahui definisi biodegradasi 1.2.2 Mengetahui macam-macam biodegradasi
1.3 Identifikasi Masalah 1.3.1 Apa yang dimaksud dengan biodegrdasi 1.3.2 Apa saja macam biodegradasi
BAB II ISI 2.1. Biodegradasi Biodegradasi yaitu pemecahan cemaran organik oleh aktivitas mikroba yang melibatkan serangkaian reaksi enzimatik. Umumnya terjadi karena senyawa tersebut dimanfaatan sebagai sumber makanan (substrat). Biodegradasi yang lengkap disebut juga sebagai mineralisasi, dengan produk akhirnya berupa karbondioksida dan air. Proses ini dipakai dalam pengolahan limbah untuk menjadi CO2 dan air.Ko-metabolisma (cometabolism) yaitu kemampuan mikroba dalam mengoksidasi atau metabolisasi suatu senyawa tetapi energi yang dihasilkan tidak dapat digunakan sebagai sumber energi untuk pertumbuhan. Terjadi jika mikroba secara kebetulan menghasilkan suatu enzim yang mampu mendegradasi senyawa tertentu, sehingga dikatakan enzim tersebut tidak spesifik. Menurut Maier (1999) penambahan N dan P pada lingkungan yang tercemar hidrokarbon pada rasio C:N:P = 100:10:1. Bahkan Wang dan Bartha (1990) bahkan dapat diberikan hingga rasio C:N:P = 1000:5:1. Hal ini merupakan nilai N P ratio yang digunakan mikroorganisme untuk melakukan metabolisme. Apabila kandungan N yang ada terdapat pada sumber lain maka ratio N P mungkin saja tidak sama Biodegradasi adalah teknologi bioremediasi yang layak untuk polutan organik. Telah lama diketahui bahwa mikroorganisme mendegradasi polutan lingkungan dalam matriks berbagai lingkungan. Bioremediasi memanfaatkan fleksibilitas metabolisme mikroorganisme untuk mendegradasi polutan berbahaya. Tujuan dari bioremediasi adalah untuk mengubah polutan organik menjadi metabolit berbahaya atau dgn mineral polutan menjadi karbon dioksida dan air. Polimer alam, seperti halnya lignin dan polisakarida, dapat terdegradasi menjadi molekul-molekul yang lebih sederhana. Produk degradasi ini selanjutnya dapat dipergunakan oleh organisme hidup sebagai sumber energy atau untuk mensintesis senyawa-senyawa baru (termasuk biopolimer). Mekanisme umum degradasi polimer menjadi molekul yang sederhana dapat dijelaskan secara kimiawi. Organisme hidup mempunyai kemampuan untuk memproduksi bermacam-macam enzim yang dapat menghancurkan struktur biopolimer. Kerja suatu enzim sebagai katalisator dalam merombak struktur polimer merupakan kerja yang spesifik, artinya suatu enzim tertentu hanya memiliki kemampuan untuk mengkatalisis suatu reaksi kimia tertentu pula. Studi tentang biodegradasi dapat dilakukan dalam lingkungan yang sesungguhnya; yaitu dipendam dalam tanah, atau dilakukan dengan metode simulasi. Metode simulasi dapat dilakukan dengan menggunakan mikroorganisme campuran atau dengan mikroorganisme tertentu yang telah diketahui jenisnya. Hasil yang ada menunjukkan bahwa laju biodegradasi oleh mikroorganisme campuran umumnya
berlangsung lebih cepat, namun sukar untuk memperkirakan mekanisme degradasi yang terjadi. 2.2.
Mekanisme Biodegradasi Metode pengolahan biologis didasarkan pada biodegradasi zat organik oleh berbagai mikroorganisme. Dekomposisi selama pengomposan terjadi dengan udara (aerobik) atau biogas pengolahan tanpa udara (anaerob) dan hasil dalam pengurangan dari setiap masalah existing organic. Keuntungan dari pengelolaan biodegradasi limbah organik secara umum: • memungkinkan untuk mengurangi volume sampah organik • bahaya biologis dari limbah yang akan dikontrol • Sistem ini mungkin tidak kompatibel dengan yang lain biologi ELSS (rumah kaca) • biogas dibuat sementara biodegradasi mungkin digunakan untuk kebutuhan lain dari kendaraan ruang angkasa (propelan) • air yang diperoleh dalam proses biodegradasi dapat digunakan untuk kebutuhan lain dari kendaraan ruang angkasa
2.3.
Biodegradasi dalam Lingkungan Biodegradasi polutan organik terjadi lebih cepat dalam kondisi aerobik (ketika oksigen hadir untuk digunakan sebagai akseptor elektron akhir) tetapi, biodegradasi senyawa organik banyak terjadi dalam kondisi anaerobik (tanpa oksigen), meskipun mungkin tidak secepat kondisi aerobik. Dengan tidak adanya oksigen, mikroorganisme tertentu dapat menggunakan nitrat, sulfat, besi, atau mangan sebagai akseptor elektron akhir. Namun biodegradasi dari beberapa senyawa seperti hidrokarbon terhalogenasi dapat lebih cepat dalam kondisi anaerobik. Biodegradasi secara rutin diukur dengan menerapkan tes kimia dan fisiologis untuk inkubasi laboratorium termos berisi biakan murni, kultur campuran atau sampel lingkungan, pengukuran biodegradabilitas termasuk pertumbuhan sel, kehilangan substrat, konsumsi akseptor elektron akhir, dan produksi dari kedua metabolit perantara dan akhir produk akhir metabolisme. Jenis tindakan telah dikembangkan dan diterapkan secara tradisional untuk kultur murni mikroorganisme dalam media laboratorium, kultur dengan konsentrasi tinggi mengandung gula sederhana dan zat pertumbuhan lainnya. Penelitian kultur murni di bawah kondisi yang terkendali dalam media kultur yang kaya tidak akan meniru alam dan mereka tidak melibatkan upaya untuk menduplikasi fitur penting dari lingkungan alam. Suatu mikroorganisme mampu menurunkan berbagai macam senyawa dan juga salah satu polutan dapat terdegradasi oleh sejumlah mikroorganisme. Karena sebagian besar gen menyandikan enzim yang mengkatalisis reaksi. Seluruh mikroba tidak terlibat dalam proses biodegradasi, pendekatan molekuler yang berguna untuk memantau proses biodegradasi akurat spesifik dan juga untuk menilai potensi biodegradasi dari lingkungan.
2.4.
Contoh Biodegradasi 1. Biodegradasi anaerob limbah cair pabrik kelapa sawit Minyak dan lemak merupakan komponen pencemar utama yang terdapat pada limbah cair pabrikkelapa sawit. Biodegradasi limbah cair pabrik kelapa sawit tersebut berlangsung melalui berbagai lintasan (pathway) yang melibatkan berbagai kelompok bakteri anaerob. Biodegradasi ini juga melalui beberapa tahap proses yakni proses hidrolisis, proses asidogenesis, proses asetogenesis dan proses metanogenesis (Gujer & Zehnder 1983). Pencemaran minyak bumi, meskipun dengankonsentrasi hidrokarbon yang sangat rendah sangat mempengaruhi bau dan rasa air tanah.Susunan senyawa yang kompleks, seperti minyak bumi menyebabkan suatu spesies tunggal mikroorganismetidak dapat mendegradasi keseluruhan komponen penyusun minyak bumi tersebut, karena setiap spesies bakteri membutuhkan substrat yang spesifik. Beberapabakteri yang berinteraksi saling menguntungkan dalam bentuk konsorsium sangat berperan selama berlangsungnya proses degradasi minyak bumi. Bakteri dalam aktivitas hidupnya memerlukan molekulkarbon sebagai salah satu sumber nutrisi dan energiuntuk melakukan metabolisme danperkembangbiakannya sedangkan senyawa nonhidrokarbon merupakan nutrisi pelengkap yang dibutuhkan untuk pertumbuhannya. Bakteri yang memiliki kemampuan mendegradasi senyawa hidrokarbon untuk keperluan metabolime danperkembangbiakannya disebut kelompok bakteri hidrokarbon oklastik. Biodegradasi dilakukan dengan cara memotong rantai hidrokarbon tersebut menjadi lebih pendek dengan melibatkan berbagai enzim. Sistem enzim-enzim tersebut dikode oleh kromosom atau plasmid, tergantung pada jenis bakterinya.
2. Mikroba dalam pembersihan air Banyak mikroba yang terdapat dalam air limbah meliputi mikroba aerob, anaerob, dan fakultatif anaerob yang umumnya bersifat heterotrof. Mikroba tersebut kebanyakan berasal dari tanah dan saluran pencernaan. Bakteri colon (coliforms) terutama Escherichia coli sering digunakan sebagai indeks pencemaran air. Bakteri tersebut berasal dari saluran pencernaan manusia dan hewan yang dapat hidup lama dalam air, sehingga air yang banyak mengandung bakteri tersebut dianggap tercemar. Untuk mengurangi mikroba pencemar dapat digunakan saringan pasir atau trickling filter yang segera membentuk lendir di permukaan bahan penyaring, sehingga dapat menyaring bakteri maupun bahan lain untuk penguraian. Penggunaan lumpur aktif juga dapat mempercepat perombakan bahan organik yang tersuspensi dalam air. Secara kimia digunakan indeks BOD (biological oxygen demand) dan COD (chemical Alkil oxygen demand). Prinsip perombakan bahan dalam limbah adalah oksidasi, baik oksidasi biologis maupun oksidasi kimia. Semakin tinggi bahan organik dalam air menyebabkan kandungan oksigen terlarut semakin kecil, karena oksigen digunakan oleh mikroba untuk mengoksidasi bahan organik. Adanya bahan organik tinggi dalam air menyebabkan kebutuhan mikroba akan oksigen meningkat, yang diukur dari nilai BOD yang meningkat. Untuk mempercepat perombakan umumnya diberi aerasi untuk meningkatkan oksigen terlarut, misalnya dengan aerator yang disertai pengadukan. Setelah terjadi perombakan bahan organik maka nilai BOD menurun sampai nilai tertentu yang menandakan bahwa air sudah bersih. Dalam suasana aerob bahan-bahan dapat dirubah menjadi sulfat, fosfat, ammonium, nitrat, dan gas CO2 yang menguap. Untuk menghilangkan sulfat, ammonium dan nitrat dari air dapat menggunakan berbagai cara. Dengan diberikan suasana yang anaerob maka sulfat direduksi menjadi gas H2S, ammonium dan nitrat dirubah menjadi gas N2O atau N2. 3. Mikroba perombak deterjen Benzil sulfonat (ABS) adalah komponen detergen, yang merupakan zat aktif yang dapat menurunkan tegangan muka sehingga dapat digunakan sebagai pembersih. ABS mempunyai Na-sulfonat polar dan ujung alkil non-polar. Pada proses pencucian, ujung polar ini menghadap ke kotoran (lemak) dan ujung polarnya menghadap keluar (ke-air). Bagian alkil dari ABS ada yang linier dan non-linier (bercabang). Bagian yang bercabang ABS-nya lebih kuat dan berbusa, tetapi lebih sukar terurai sehingga menyebabkan badan air berbuih. Sulitnya peruraian ini disebabkan karena atom C tersier memblokir betaoksidasi pada alkil. Hal ini dapat dihindari apabila ABS mempunyai alkil yang linier.
4. Mikroba perombak plastik Plastik banyak kegunaannya tetapi polimer sintetik plastik sangat sulit dirombak secara alamiah. Hal ini mengakibatkan limbah yang plastik semakin menumpuk dan dapat mencemari lingkungan. Akhir-akhir ini sudah mulai diproduksi plastik yang mudah terurai. Plastik terdiri atas berbagai senyawa yang terdiri polietilen, polistiren, dan polivinil klorida. Bahan-bahan tersebut bersifat inert dan rekalsitran. Senyawa lain penyusun plastik yang disebut plasticizers terdiri: (a) ester asam lemak (oleat, risinoleat, adipat, azelat, dan sebakat serta turunan minyak tumbuhan, (b) ester asam phthalat, maleat, dan fosforat. Bahan tambahan untuk pembuatan plastik seperti Phthalic Acid Esters (PAEs) dan Polychlorinated Biphenyls (PCBs) sudah diketahui sebagai karsinogen yang berbahaya bagi lingkungan walaupun dalam konsentrasi rendah. Dari alam telah ditemukan mikroba yang dapat merombak plastik, yaitu terdiri bakteri, aktinomycetes, jamur dan khamir yang umumnya dapat menggunakan plasticizers sebagai sumber C, tetapi hanya sedikit mikroba yang telah ditemukan mampu merombak polimer plastiknya yaitu jamur Aspergillus fischeri dan Paecilomyces sp. Sedangkan mikroba yang mampu merombak dan menggunakan sumber C dari plsticizers yaitu jamur Aspergillus niger, A. Versicolor, Cladosporium sp.,Fusarium sp., Penicillium sp.,Trichoderma sp., Verticillium sp., dan khamir Zygosaccharomyces drosophilae, Saccharomyces cerevisiae, serta bakteri Pseudomonas aeruginosa, Brevibacterium sp. dan aktinomisetes Streptomyces rubrireticuli. Untuk dapat merombak plastik, mikroba harus dapat mengkontaminasi lapisan plastik melalui muatan elektrostatik dan mikroba harus mampu menggunakan komponen di dalam atau pada lapisan plastik sebagai nutrien. Plasticizers yang membuat plastik bersifat fleksibel seperti adipat, oleat, risinoleat, sebakat, dan turunan asam lemak lain cenderung mudah digunakan, tetapi turunan asam phthalat dan fosforat sulit digunakan untuk nutrisi. Hilangnya plasticizers menyebabkan lapisan plastik menjadi rapuh, daya rentang meningkat dan daya ulur berkurang. 5. Minyak Bumi Minyak bumi tersusun dari berbagai macam molekul hidrokarbon alifatik, alisiklik, dan aromatik. Mikroba berperanan penting dalam menguraikan minyak bumi ini. Ketahanan minyak bumi terhadap peruraian oleh mikroba tergantung pada struktur dan berat molekulnya. Fraksi alkana rantai C pendek, dengan atom C kurang dari 9 bersifat meracun terhadap mikroba dan mudah menguap menjadi gas. Fraksi n-alkana rantai C sedang dengan atom C 10-24 paling cepat terurai. Semakin panjang rantaian karbon alkana menyebabkan makin sulit terurai. Adanya rantaian C bercabang pada alkana akan
mengurangi kecepatan peruraian, karena atom C tersier atau kuarter mengganggu mekanisme biodegradasi. Apabila dibandingkan maka senyawa aromatik akan lebih lambat terurai dari pada alkana linier. Sedang senyawa alisiklik sering tidak dapat digunakan sebagai sumber C untuk mikroba, kecuali mempunyai rantai samping alifatik yang cukup panjang. Senyawa ini dapat terurai karena kometabolisme beberapa strain mikroba dengan metabolisme saling melengkapi. Jadi walaupun senyawa hidrokarbon dapat diuraikan oleh mikroba, tetapi belum ditemukan mikroba yang berkemampuan enzimatik lengkap untuk penguraian hidrokarbon secara sempurna. 6. Pestisida / Herbisida Macam pestisida kimia sintetik yang telah digunakan sampai sekarang jumlahnya mencapai ribuan. Pestisida yang digunakan untuk memberantas hama maupun herbisida yang digunakan untuk membersihkan gulma, sekarang sudahmengakibatkan banyak pencemaran. Hal ini disebabkan sifat pestisida yang sangat tahan terhadap peruraian secara alami (persisten). Contoh pestisida yang persistensinya sangat lama adalah DDT, Dieldrin, BHC, dan lain-lain. Walaupun sekarang telah banyak dikembangkan pestisida yang mudah terurai (biodegradable), tetapi kenyataannya masih banyak digunakan pestisida yang bersifat rekalsitran. Walaupun dalam dosis rendah, tetapi dengan terjadinya biomagnifikasi maka kandungan pestisida di lingkungan yang sangat rendah akan dapat terakumulasi melalui rantai makanan, sehingga dapat membahayakan kehidupan makhluk hidup termasuk manusia. Untuk mengatasi pencemaran tersebut, sekarang banyak dipelajari biodegradasi pestisida/ herbisida. Proses biodegradasi pestisida dipengaruhi oleh struktur kimia pestisida, sebagai berikut: a. Semakin panjang rantai karbon alifatik, semakin mudah mengalami degradasi b. Ketidak jenuhan dan percabangan rantai hidrokarbon akan mempermudah degradasi. c Jumlah dan kedudukan atom-atom C1 pada cincinan aromatik sangat mempengaruhi degradasi. Misal 2,4 D (2,4-diklorofenol asam asetat) lebih mudah dirombak di dalam tanah dibandingkan dengan 2,4,5-T (2,4,5- triklorofenoksi asam asetat). d. Posisi terikatnya rantai samping sangat menentukan kemudahan degradasi pestisida.
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Berdasarkan makalah Biodegradasi yang telah kami buat dapat disimpulkan bahwa: 1. Biodegradasi yaitu pemecahan cemaran organik oleh aktivitas mikroba yang melibatkan serangkaian reaksi enzimatik. Umumnya terjadi karena senyawa tersebut dimanfaatan sebagai sumber makanan (substrat). 2. Contoh – contoh biodegradasi antara lain biodegradasi dalam lingkungan, biodegradasi anaerob limbah cair pabrik kelapa sawit, biodegradasi bahan pencemar, biodegradasi mikroba dalam pembersihan air, biodegradasi mikroba perombak deterjen, biodegradasi mikroba perombak plastik, biodegradasi minyak bumi, biodegradasi pestida, dll. 3. Pembentukan Biodegradasi umumnya adalah masalah bahan organik seperti tanaman dan binatang dan hal lainnya yang berasal dari zat hidup organisme, atau bahan buatan yang serupa cukup untuk tanaman dan hewan hal untuk diletakkan untuk digunakan oleh mikroorganisme.
DAFTAR PUSTAKA Augustine, Rima F. 2009. Biodegradasi. dalam http://cintailahbumi.blogspot.com/2009/01/ biodegradasi.html. diakses 10 Maret 2013 pukul 08.00 WIB. Eksakta, Rizal S. 2012. Bioremediasi dan Biodegradasi. dalam http://rizalsuhardieksakta. blogspot.com/2012/07/bioremediasi-dan-biodegradasi.html. diakses 10 Maret 2013 pukul 07.30 WIB. Eli Rohaeti (2009), Karakterisasi Biodegradasi Polimer. Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA, FMIPA UNY, Yogyakarta, K1 – K9 Gandjar, Indrawati dkk. 2006. MIKOLOGI Dasar dan Terapan. Jakarta: Buku Obor Kasai, Y, H. Kishira, & S. Harayama. 2002. Bacteria Belonging to the Genus Cycloclasticus Play a Primary Role in the Degradation of Aromatic Hydrocarbons Released in a Marine Environment. Appl.& Envi. Microbiology. 5625–5633. Nugroho, Astri. 2006. BIODEGRADASI SLUDGE MINYAK BUMI DALAM SKALA MIKROKOSMOS. Makara, Teknologi. Vol. 10. No. 2. 82-89 Ouyang, Jun. 2006. Phenanthrene Pathway Map. http://umbbd.msi.umn. edu/pha/phamap. Html Schnabel, W. (1981), Biodegradation, dalam Polymer Degradation, Principles and Practical Applications, Macmillan Publishing Co, Inc., New York, 154 – 176 Sheryl, E Dykstershouse, JP. Gray, RP. Herwig, Canolara & JT. Staley. 1995. Cycloclasticus pugetii gen. Nov, sp. Nov, on Aromatic Hydrocarbon-Degrading Bacterium from Marine Sadiments. International Journal of Systematic Bacteriology. 116-123. Stanier, R.Y., E.A. Adelberg, JL.Ingraham, 1980. The Microbial Word. Prentice Hall, Inc., : New Jersey. Vidali, M. 2001. “Bioremediation and Overview”. Pure and Applied. Chemistry.IUPAC, Vol. 73, 7:1163–1172.
Yamikov, MM., Laura G., Renata D., Ermanno C., Tatiana N. C., WolfRainer A., Heinrich L., Kenneth N.Timmis & Peter N. Golyshin. 2004. “Thalassolituus oleivoransgen. nov., sp. nov., a Novel Marine Bacterium That Obligately Utilizes Hydrocar-bons”. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 141–148
