Filed under :
Makalah
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Nitrogen merupakan salah satu unsur yang paling luas penyebarannya
di alam. Sekitar 3,8×10
15
ton N
2-molekuler
terdapat di atmosfer, sedangkan pada litosfer terdapat sekitar 4,74
kalinya. Diperkirakan, setiap tahun biosfer menerima tambahan N netto
sebesar 9 juta metrik ton, dari selisih total tambahan melelui
fiksasi biologis dengan total kehilangan akibat denitrifikasi.
Siklus nitrogen dari fiksasi N
2-atmosfer
secara fisik/kimiawi yang menyuplai tanah bersama presipitasi, dan
oleh mikroorganisme baik secara simbiotik maupun nonsimbiotik yang
menyuplai tanah baik melaliu inangnya maupun setelah mati. Sel-sel
mati ini bersama dengan sisa tanaman/hewan akan menjadi bahan organic
yang siap didekomposisikan dan melalui serangkaian proses
mineralisasi (aminisasi, amonifikasi, dan nitrifikasi) akan
melepaskan N-mineral (NH
4+
dan NO
3-)
yang kemudian di immobilisasi oleh tanaman atau mikrobia.
Gas amoniak hasil proses aminisasi apabila tidak segera mengalami
amonifikasi akan segera tervolatilisasi ke udara, begitu pula dengan
gas N
2 hasil
denitrifikasi nitrat, keduanya merupakan sumber utama N
2-atmosfer.
Kehilangan nitrat dan ammonium melalui mekanisme pelindingan
(leaching) merupakan salah satu penyebab penurunan kadar N di dalam
tanah.
Unsur nitrogen di dalam tanaman dijumpai dalam bentuk anorganik
atau organik yang bergabung denagn C, H, O dan kadangkala dengan S
untuk membentuk asam amino , asam nukleat, klorofil, alkanoid, dan
basa purin. Unsur N tersebut berkorelasi sangat erat dengan
perkembangan jaringan meristem, sehingga sangat menentukan
pertumbuhan dan perkembangan tanaman
1.2.Tujuan
v Untuk mengetahui definisi Nitrogen
v Untuk mengetahui berbagai macam proses siklus nitrogen
v Untuk mengetahui metabolisme nitrogen
v Untuk mengetahui ketersediaan nitrogen dalam tanaman
v Untuk mengetahui gejala yang terjadi pada tanaman akibat
kelebihan dan kekurangan nitrogen
v Untuk mengetahui metabolisme asam amino yang berkaitan
dengan nitrogen
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. Pengertian Nitrogen
Nitrogen adalah unsur yang diperlukan untuk membentuk senyawa
penting di dalam sel, termasuk protein, DNA dan RNA. Nitrogen
adalah komponen utama dalam semua asam amino, yang nantinya
dimasukkan ke dalam protein, protein adalah zat yang sangat
kita butuhkan dalam pertumbuhan. Nitrogen juga hadir di basis
pembentuk asam nukleat, seperti DNA dan RNA yang nantinya membawa
hereditas.
Nitrogen adalah unsur yang paling
berlimpah di atmosfer (78% gas di atmosfer adalah nitrogen).
Meskipun demikian, penggunaan nitrogen pada bidang biologis
sangatlah terbatas
. Nitrogen merupakan
unsur yang tidak reaktif (sulit bereaksi dengan unsur lain) sehingga
dalam penggunaan nitrogen pada makhluk hidup diperlukan
berbagai proses, yaitu: fiksasi nitrogen, mineralisasi,
nitrifikasi, denitrifikasi.
Nitrogen adalah komponen penting bagi tumbuhan terdapat dalam
banyak senyawa. Protein dan asam nukledit yang biasanya diserap dari
tanah dalam bentuk sangat teroksidasi dan harus direduksi oleh proses
yang bergantung pada energi sebelum bergabung menjadi protein dan
senyawa lain dalam sel.
2.2. Proses-Proses Nitrogen
Gas nitrogen banyak terdapat di atmosfer,
yaitu 80% dari udara. Nitrogen bebas dapat ditambat/difiksasi
terutama oleh tumbuhan yang berbintil akar (misalnya jenis polongan)
dan beberapa jenis ganggang. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi
dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat/ petir.
Tumbuhan memperoleh nitrogen dari dalam tanah berupa amonia
(NH3), ion nitrit (N02- ), dan ion nitrat (N03- ).Beberapa bakteri
yang dapat menambat nitrogen terdapat pada akar Legum dan akar
tumbuhan lain, misalnya Marsiella crenata. Selain itu,
terdapat bakteri dalam tanah yang dapat mengikat nitrogen secara
langsung, yakni Azotobacter sp. yang bersifat aerob dan
Clostridium sp. yang bersifat anaerob. Nostoc sp. dan
Anabaena sp. (ganggang biru) juga mampu menambat
nitrogen.Nitrogen yang diikat biasanya dalam bentuk amonia. Amonia
diperoleh dari hasil penguraian jaringan yang mati oleh bakteri.
Amonia ini akan dinitrifikasi oleh bakteri nitrit, yaitu
Nitrosomonas dan Nitrosococcus sehingga
menghasilkan nitrat yang akan diserap oleh akar tumbuhan.
Selanjutnya oleh bakteri denitrifikan, nitrat diubah menjadi
amonia kembali, dan amonia diubah menjadi nitrogen yang dilepaskan
ke udara. Dengan cara ini siklus nitrogen akan berulang dalam
ekosistem. Lihat Gambar.
|
|
Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk
nitrogen organik, amonium (NH4 +), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), dan
gas nitrogen (N2). Nitrogen organik dapat berupa organisme hidup,
atau humus, dan dalam produk antara dekomposisi bahan organik atau
humus dibangun. Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu
bentuk kimia lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik
untuk menghasilkan energi atau menumpuk nitrogen dalam bentuk yang
dibutuhkan untuk pertumbuhan.
Hampir semua jazad mikro, tumbuhan tinggi dan hewan membutuhkan
nitrogen (amonia,nitrat). Bentuk nitrogen anorganikini begitu juga
nitrogen organik (protein,asam amino,asam nukleat dll.) relatigf
sedikit ditemukan di dalam tanah/air, dan konsentrasinya
kadang-kadang merupakan faktor pembatas bagi pertumbuhan tanaman.
Keadaan ini menyebabkan transformasi nitrogen menjadi hal yang
menarik bagi ahli mikrobiologi.
- Penambatan gas nitrogen (N2)
v Simbiosis (Rhizobium,BGA)
v Non simbiosis (Azorobacter, Azospirilum).
Amonnifikasi nitrogen seluler
(Pseudomonas, Bacillus,Proteus)
Nutrifikasi a
(Nitrosomonas,Notrosococcus), b (Nitrobacter,Nitrococcus)
Denitrifikasi
(Pseudomonas,Nitrococcus)
Mineralisasi
Imobilisasi
- Petir
Bagian atas dari daur memperluhatkan cara nhitrogen atmosfer
diubah langsung menjadi benda hidup oleh jazad hidup tanah. Proses
selanjutnya setelan N terpendam dalam tumbuh-tumbuhan sebagai
protoplasma dll, diubah kejaringfan hewan. Bila tumbuhan dan hewan
mati dan hancur, jazad hidup saprofit mengubah nitrogen itu kembali
menjadi amonium. Proses ini disebut amonifikasi. Oksidasi amonia
menjadi nitrit (nutrifikasi tahap I) dilakukan oleh Nitrosomonas dan
Nitrosococcus (khemoautotrof). Nitrit yang terbentuk dioksidasi lebih
lanjut (nitrifgikasi tahap II) menjadi nitrat oleh jazad
khemoautotrofg lain seperti Nitrobacter dan Nitrococcus. Beberapa
bakteri dapat menggunakan nitrat sebagai sumber nitrogen seluler
melalui proses reduksi. Umumnya disebut reduksi nitrat. Proses
reduksi nitrat menjadi molekul nitrogen (N2) disebut denigfikasi
(respirasi anaerob), tetapi bila nitrat direduksi hanya menjadi
nitrit disenut reduksi nitrat. Bila nitrit direduksi menjadi amonia
disebut denitrosigfikasi.
Protein tumbuhan Amonifikasi
NH4+ denitrosigfikasi
dan hewan
nutrifikasi I
reduksi nitrat
NO2
NO3
Nitriikasi
Denitrifikasi
Penambatan Nitrogen
Penambatan nitrogen adalah proses yang menyebabkan nitrogen bebas
digabungkan secara kimia dengan unsur lain. Dalam atmosfer dengan
satuan luas satu acre (0,46 ha) tanah diperkirakan ada 35.000 ton
nitrogen bebas. Walaupun esensial mutlak bagi kehidupan, tidak satu
molekulpun dapat digunakan begitu saja oleh tumbuhan, hewan atau
manusia tanpa campur tangan jazad mikro penambat nitrogen.
Sejumlah jazad mikro tanah dan air mampu menggunakan molekul
nitrogen dalam atmosfer sebagai sumber N. Jazad mikro ini dibagi
menjadi dua kelompok menurut cara penambatan N yang dilakukan yaitu :
- Penambatan N secara non-simbiotik, yaitu jazad mikro yang
mampu mengubah molekulNmenjadi nitrogen sel secara bebas tanpa
tergantung pada organisme hidup lainnya.
Jazad mikro penambat N itu secara enzimatis menggabungkan N
atmosfer dengan unsur-unsur lain untuk membentuk senyawa N-organik
dalam sel hidup. Dalam bentuk organik ini kemudian N dilepaskan
kedalam bentuk terlambat, tersedia bagi tanaman baik secara langsung
maupun melalui aktifitas jasad mikro.
Penambatan N non-simbiotik dapat juga terjadi di atmosfer
akibat halilintar dan nitrogen oksida yan terbentuk oleh pembakaran
mesin dapat mengalami fotokimia dan nitrogen yang terikat dengan cara
ini jatuh ke tanah bersama air hujan.
v
Penambatan Nitrogen Secara Simbiotik
Dalam sistem ini penambatan molekul nitrogen adalah hasil kerja
sama mutualisme antara tumbuhan (leun dan tumbuhan lain) dengan
sejenis bakteri. Masing-masin simbion secara sendiri-sendiri tidak
dapat menambat nitrogen. Simbiosis antara bakteri dengan tumbuhan,
misalnya antara species Rhizobium dengan legum adalah endosimbiosis,
karena berlangsung didalam tumbuhan. Bakteri hidup dalam sel dan
jaringan tumbuhan.
Di dalam tanah, bakteri Rhizobium bersifat organotrof, aerob,
bentuk batang pleomorfi, gram negatif, tidak berspora dan berflagella
(1-6). Bakteri ini mudah tumbuh dalam media biakan khususnya yang
mengandung ragi atau kentang. Suhu optimum antara 25-30
0C
dengan pH optimum 7,0.
Bakteri Rhizobium bila masuk ke dalam sistem perakaran legum
menyebabkan pembentukan bintil akar. Dalam bintil akar bakteri
berubah bentuk menjadi bakteroid (bentul L,V,Y,T,X). Bakteri dalam
bentuk bakteroid dapat menambat nitrogen dari udara dengan bantuan
enzim nitrogenase yan dibentuk bakteri. Rhizobium yang tumbuh dalam
bintil akar legum mengambil langsun nitrogen dari udara. Dengan
aktivitas sselam abersama sel tanaman dan bakteri, nitrogen itu
disusun menjadi senyawa nitrogen organik seperti asam amino dan
polipeptida yang ditemukan dalam tumbuhan, bakteri dan tanah di
sekitarnya. Penyediaan hara nitrogen oleh Rhizobium dapat mencapai
60-75 % dari jumlah yang dibutuhkan tumbuhan.
Agar mendapatkan keuntungan yang maksimum dari kegiatan Rhizobium,
kita tidak dapat semata-mata tergantung pada infeksi spontan oleh
mikroflora tanah. Banyak tampat yang mengandung Rhizobium yang tidak
efektif. Jadi inokulasi dengan galur bakteri Rhizobium terpilih yang
sesuai dengan tanaman inangnya dan mempunyai daya saing yang tingi
terhadap mikroflora asli pada tanah setempat akan memberikan respons
yang sangat nyata.
v
Penambatan Nitrogen Non-Simbiotik
Penambatan nitrogen secara hayati yang non sinbiotik dilakukan
oleh jasad mikro yang hidup bebas. Menurut Tedja Imas dkk. (1989),
beberapa jasad mikro yang dapat menambat N
2
secara non simbiotik adalah Azotobacter. Bakteri ini bersifat
mesofilik dan aerob obligat dengan laju respirasi yang sangat tinggi.
Efisiensi penambatan nitrogen rendah sehinga kurang berarti di alam
Species lain adalah Beijerinckia dan Derxia, bersifat aerobik dan
tumbuh baik pada keadaan asam (sampai pH 3). Bakteri ini umum
dijumpai di tanah-tanah trofis.
Ada dua cara yang baik untuk mengukur perubahan
nitrogen/penambatan nitrogen adalah :
Penggunaan isotop 15N2
dengan cara ini jazad mikro yang diteliti ditumbuhkan
dengan diberi 15N2
maka akan tergabung ke dalam protoplasma. Tehnik ini
cukup sensitif dan tepat, tapi 15N2
sangat mahal harganya dan diperlukan alat canggih
spektrotometer yang mahal.
- Dengan uji redaksi asetilin, metode ini berdasarkan pada
prinsip bahwa jazad mikro yang dapat mereduksi N2 (berikatan 3) juga
dapat mereduksi asetilin (juga berikatan 3).
N = N ——reduksià 2NH
3
HC = CH ——reduksià H
2N
= CH
3
Gas estilen yang merupakan hasil reduksi asetelin dapat ditentukan
dengan mudah dengan menggunakan gas kromatografi. Cara ini termasuk
sensitif, memerlukan substrat (asetelin) yang tidak mahal, dan gas
kromatografi merupakan alat yang umum dipakai di banyak lab.
Faktor-faktor yang mempengaruhi penambatan nitrogen non simbiotik
adalah faktor lingkungan, terutama ciri kimia dan fisika habitatnya
(Tedja Imas,1989). Faktor-faktor tersebut meliputi ketersediaan
senyawa nitrogen, kesediaan nutrigen anorganik, macam sumber energi
yang tersedia, pH, kelembab,dan suhu.
Jazad mikropenambat N
2
pada umumnya juga mampu menggunakan amonium, nitrat, dan senyawa
nitroge organik. Amonium lebih disukai dan bersama-sama dengan
senyawa-senyawa yang dapat diubah menjadi amonium (seperti urea dan
nitrat) merupakan penghambat penambatan nitrogfen yang paling
efektif.
Bila jazad mikro penambatan nitrogen ditumbuhkan pada media yang
mengandung garam-garam amonium dan senyawa nitrogen lainnya, beberapa
nutrien anorganik diperlukan dalam jumlah lebih sedikit daipada
medium tersebut bebas dari nitrogen. Dalam penambatan nutrigen
diperlukan molibdenum, besi, calsium dan kobalt dalam jumlah yang
cukup.
Bagi jazad heterotrof, tersedianya sumber energi merupakan faktor
utama yang membatasi laju dan besarnya asimilasi N
2.
Penambatan gula sederhana, selulosa, jerami, atau sisa-sisa tanaman
dengan nisbah C/N yang tinggi seringsekali meningkatkan dengan nyata
transformasi N.
pH mempunyai pengaruh yang nyata, Azotobacter dan Sianobakteri
tergolong sangat peka pada tanah-tanah dengan pH kurang dari 6,0
sedangkan Beijerinckia tidak peka dan dapat tumbuh dan menambat N
2
pada pH 3-9.
Kelembab tanah sering kali menentukan laju penambatan nitrogen dan
kandungan air optimum tergantung pada tanah yang bersangkutan dan
jumlah bahan organik yang tersedia. Bila kelembaban terlalu tinggi
maka keadaan aerobik berubah menjadi anaerobik.
Suhu optimum bagi penambatan nitrogen adalah suhu sedang.
Penambatan terhenti pada suhu beberapa derajat di atas suhu optimum.
Di beberapa daerah beriklim sedang bagian Utara didapati bahwa
penambatan nitrogen masih berlangsung sekalipun pada musim dingin.
Jazad mikro pelakunya diperkirakan algae atau lumut kerak.
2.2.1. Fiksasi Nitrogen
Fiksasi nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik yang
mengubah nitrogen di udara menjadi ammonia (NH
3).
Mikroorganisme yang mem-fiksasi nitrogen disebut
diazotrof.
Mikroorganisme ini memiliki
enzim nitrogenaze yang dapat
menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi untuk fiksasi nitrogen
biologis ini dapat ditulis sebagai berikut :
N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2
Mikro organisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara lain :
Cyanobacteria, Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan
Frankia. Selain itu ganggang hijau biru juga dapat
memfiksasi nitrogen. Beberapa tanaman yang lebih tinggi, dan beberapa
hewan (rayap), telah membentuk asosiasi (simbiosis) dengan
diazotrof.
Selain dilakukan oleh mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi
pada proses non-biologis, contohnya sambaran petir. Lebih jauh, ada
empat cara yang dapat mengkonversi unsur nitrogen di atmosfer menjadi
bentuk yang lebih reaktif :
- Fiksasi biologis
Beberapa bakteri simbiotik (paling sering dikaitkan dengan tanaman
polongan) dan beberapa bakteri yang hidup bebas dapat memperbaiki
nitrogen sebagai nitrogen organik. Sebuah contoh dari bakteri
pengikat nitrogen adalah bakteri Rhizobium mutualistik, yang hidup
dalam nodul akar kacang-kacangan. Spesies ini diazotrophs. Sebuah
contoh dari hidup bebas bakteri Azotobacter.
- Industri fiksasi nitrogen
Di bawah tekanan besar, pada suhu 600 C, dan dengan penggunaan
katalis besi, nitrogen atmosfer dan hidrogen (biasanya berasal dari
gas alam atau minyak bumi) dapat dikombinasikan untuk membentuk
amonia (NH3). Dalam proses Haber-Bosch, N2 adalah diubah bersamaan
dengan gas hidrogen (H2) menjadi amonia (NH3), yang digunakan untuk
membuat pupuk dan bahan peledak
- Pembakaran bahan bakar fosil
Mesin mobil dan pembangkit listrik termal, yang melepaskan
berbagai nitrogen oksida (NOx).
- Proses lain
Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan
terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.
2.2.2. Asimilasi
Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik
dalam bentuk ion nitrat atau ion amonium. Sedangkan hewan memperoleh
nitrogen dari tanaman yang mereka makan.
Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui
rambut akarnya. Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi
ion nitrit dan kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam
amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tanaman yang memiliki
hubungan mutualistik dengan
rhizobia, nitrogen dapat
berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung dari nodul. Hewan,
jamur, dan organisme heterotrof lain mendapatkan nitrogen sebagai
asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil.
- Asimilasi Nitrogen
Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi
akar baik dalam bentuk ion nitrat atau ion amonium.
Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari tanaman yang
mereka makan. Tanaman dapat menyerap ion
nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut akarnya.
Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion
nitrit dan kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke
dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tanaman yang
memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen dapat
berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung dari nodul.
Hewan, jamur, dan organisme heterotrof lain
mendapatkan nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan
molekul organik kecil.
Ada beberapa sumber nitrogen yang dapat diambil tumbuhan yakni
NO3, NH4+, N-organik dan N2, terutama pada bakteri dan algae
tertentu. Pada tumbuhan tinggi umumnya, sumber nitrogen yang paling
banyak diserab adalah NO3 dan NH4+ dan beberapa N-organik.
Pada tumbuhan tinggi umumnya, sumber terpenting nitrogen adalah
ion nitrat (NO3=) yang diambil dari larutan tanah. Di dalam tanah,
spesiasi ion nitrat tidaklah stabil. Dalam situasi aerobik, ion
nitrogen lebih banyak dalam bentuk nitrat. Sebaliknya, dalam suasana
anarobik, nitrat akan tereduksi secara bertahap menjadi ion amonia
(NH4+). Bakteri nitrifikasi dan denitrifikasi berperan pada proses
konversi tersebut. Di alam dikenal ada banyak bakteri terlibat dalam
konversi nitrat menjadi amonia, atau sebaliknya. Proses-proses
pengubahan dari amonia menjadi nitrat disebut nitrifikasi.
Sebaliknya, terjadi peristiwa pengubahan nitrat , nitrit menjadi
amonia atau N2 yang disebut denitrifikasi. Proses nitrifikasi
melibatkan bakteri nitrosomonas dan nitrobakter. Pada proses
pembusukan dari senyawa N-organik, akan dihasilkan ion-ion amonia,
yang prosesnya disebut amonifikasi.
Yang dibutuhkan dalam asimilasi nitrogen
yaitu :
Memerlukan
cadangan sumber energi
Energi
berasal dari fotosintesis
Reaksi
terjadi pada jaringan dan kompartemen sel yang berbeda.
- Berkaitan erat dengan metabolisme
karbon.
Nitrat dan amonium merupakan sumber utama nitrogen anorganik yang
diambil oleh akar tanaman tinggi. Bentuk mana yang disukai, jika itu
terjadi, biasanya amonium dibutuhkan pada awal pertumbuhan dan nitrat
kemudian. Kombinasi kedua bentuk tersebut umumnya akan dimanfaatkan
tanaman secara optimal. Beberapa tanaman dapat juga langsung menyerap
urea (Harper, 1984), meskipun kebanyakan urea akan dihidrolisis
terlebih dulu menjadi amonium sebelum diserap tanaman. Proses
masuknya nitrat ke dalam akar tanaman bersama dengan air dan solut
terlarut lain secara aliran massa. Akibatnya, nitrat-N yang tercuci
ke bawah perakaran berpotensi untuk naik ke atas menuju daerah
perakaran ketika horison permukaan mengering dan tanaman memanfaatkan
air dari lapisan yang lebih dalam. Akibat yang lain adalah bahwa
tanaman dapat menampakkan gejala defisiensi N meskipun tanah cukup
banyak mengandung N, jika kelembaban dan akibatnya aliran massa
nitrogen menjadi terbatas.
- Sebagian besar amonium harus bergabung ke dalam senyawa
organik dalam akar, sebaliknya nitrat bersifat mobil dalam xilem dan
dapat disimpan dalam vakuola akar, batang, organ-organ penyimpan.
Akumulasi nitrat dalam vakuola penting artinya bagi keseimbangan
kation-anion dan untuk pengaturan secara osmotik, khususnya pada
spesies “nitrophilik” seperti Chenopodium album dan
Urtica dioica (Smirnoff dan Stewart, 1985). Namun demikian,
agar supaya dapat digabungkan ke dalam struktur organik serta
memenuhi fungsi pentingnya sebagai unsur hara, maka nitrat harus
direduksi terlebih dahulu menjadi amonia. Reduksi dan assimiliasi
nitrat bagi kehidupan tanaman sama pentingnya dengan reduksi dan
asimilasi CO2
dalam fotosíntesis.
v Asimilasi Amonium
Sementara nitrat dapat disimpan dalam vakuola tanpa efek yang
merugikan, amonium dan khususnya amonia mitra keseimbangannya [NH
3
(yang larut dalam air) = NH
4+
+ OH
-] adalah
beracun pada konsentrasi yang sangat rendah. Pembentukan asam amino,
amida-amida dan senyawa-senyawa yang terkait adalah jalan utama
detoksifikasi baik ion-ion amonium yang diambil oleh akar maupun
amonia yang berasal dari hasil reduksi nitrat atau fiksasi-N
2.
Langkah-langkah prinsip dalam asimilasi ion-ion amonium (Gambar
7-3) yang diberikan melalui akar adalah pengambilan ke dalam sel-sel
akar dan bergabung ke dalam asam amino dan amida-amida dengan suatu
pelepasan proton-proton untuk kompensasi muatan Perembesan amonia ke
membran plasma, dengan pembebasan proton yang terjadi sebelum
perembesan, telah dibahas sebagai suatu model alternatif (Mengel
et
al., 1976).
Dari kedua-duanya penemuan bersifat percobaan (Martin, 1970) dan
pertimbangan teoritis (Raven dan Smith, 1976) nampak bahwa hampir
semua (menyangkut) amonia yang berasimilasi ditranslokasi ke tajuk
sebagai asam amino, amida-amida, dan senayawa-senyawa terkait untuk
penggunaan lebih lanjut. Asimilasi amonium dalam akar membutuhkan
karbohidrat yang banyak oleh karena diperlukan untuk skeletons karbon
dalam sintesis asam-asam amino dan amida-amida. Dalam akar juga sama
mengenai asimilasi amonia dari reduksi nitrat atau fiksasi-N.
Transport amonia hasil assimilasi dari akar ke tajuk terjadi terutama
secara eksklusif dalam xilem.
Gambar 7-3. Model asimilasi amonium dalam akar (Raven dan Smith,
1976)
Dalam rangka memperkecil kehilangan karbon yang disebabkan oleh
transport nitrogen, senyawa-senyawa yang kaya nitrogen (N/C rasio >
0.4) mengangkut nitrogen hasil asimilasi meninggalkan akar (Wallace
dan Plate, 1965; Streeter, 1979). Satu, dan jarang dua atau lebih,
senyawa-senyawa berikut eksudat akar mendominasi dalam xilem: amida
glutamin (2N/5C) dan asparagin (2N/4C; asam amino arginin (4N/6C);
dan ureida allantoin (4N/4C). Sesuai juga dengan model ekonomi karbon
ini, dalam transport phloem menuju pembentukan buah, yang merupakan
sink non-fotosintesis, asam-asam amino dengan N/C rasio > 0.4
adalah bentuk transport nitrogen yang dominan (Pate, 1973).
Senyawa nitrogen organik yang rendah berat molekulnya digunakan
secara dominan untuk transport jarak jauh atau untuk disimpan dalam
sel individu berbeda-beda diantara famili tanaman (Tabel 7-3). Pada
kacang-kacangan umumnya dan pada kedelai khususnya, sebagian besar
transport nitrogen hasil fiksasi oleh nodul akar digabungkan ke dalam
ureida allantoin dan asam allantoin (Layzell dan LaRue, 1982).
Meskipun lokasi asimilasi amonia berbeda (akar, nodul akar, dan
daun) enzim kunci yang terlibat adalah glutamine synthetase dan
glutamate synthase (Gambar 7-4). Kedua enzim itu telah ditemukan di
dalam akar, dalam kloroplas, dan dalam mikrorganisma pemfiksasi-N,
dan bukti meyakinkan bahwa asimilasi amonia itu paling banyak jika
tidak semua berasal dari pengambilan amonium, fiksasi-N, reduksi
nitrat, dan fotorespirasi yang dimediasi oleh jalur glutamine
synthetase-glutamate synthase.
Dalam jalur ini asam amino glutamate bertindak sebagai akseptor
untuk amonia, dan amida glutamine dibentuk. Glutamine synthetase
mempunyai suatu gaya affinitas sangat tinggi untuk amonia (Nilai Km
rendah) dan dengan begitu mampu untuk memasuki amonia sekalipun
konsentrasinya sangat rendah. Ini diaktifkan oleh pH tinggi dan
konsentrasi ATP dan magnesium yang tinggi, dan semua tiga factor itu
ditingkatkan dalam stroma kloroplas atas kekuatan cahaya..
Dalam kloroplas, reduksi nitrat dengan rangsangan cahaya dan
asimilasi amonia yang ditingkatkan kemudian secara efisien
dikoordinir untuk mencegah level amonia menjadi terlalu tinggi
sehingga mereka melepaskan fotofosforilasi (Krogmann
et al.,
1959). Keracunan amonia mungkin berhubungan dengan perembesan amonia
yang cepatmelintasi biomembran. Sebagai contoh, amonia, tetapi bukan
amonium ( NH
4),
berhamburan dengan cepat melintasi membran terluar dari kloroplas
(Heber
et al., 1974).
Enzim yang lain dalam asimilasi amonia, glutamate synthase
(GOGAT), mengkatalisasi perpindahan kelompok amida (-NH
2)
dari glutamine ke 2-oxoglutarate, yang belakangan adalah produk dari
siklus asam trikarboksilik (Gambar 7-4). Untuk reaksi ini baik
ferredoxin yang direduksi (dari photosystem) atau NAD(P)H (dari
respirasi) diperlukan untuk pemeliharaan siklus asimilasi amonia dan
yang selebihnya dapat digunakan untuk biosynthesis protein, sebagai
contoh. Sebagai suatu alternatif, manakala pemberian amonia besar,
kedua-duanya molekul glutamate dapat bertindak sebagai suatu akseptor
amonia, dan satu molekul glutamine meninggalkan siklus itu.
v
Jalur alternatif untuk asimilasi amoniuam
Glutamate dehydrogenase (GDH) mengkatalisis
reaksi dua arah untuk membentuk glutamat atau membuang gugus amina
dari glutamat .
2-oxoglutarate + NH4
+
+ NAD(P)H «glutamate + H2O + NAD(P)
+
Meskipun reaksi diatas nampak seperti asimilasi amonium menjadi
glutamat, namun berbagai bukti menunjukkan bahwa GDH bukanlah untuk
menggantikan GS dan GOGAT namun lebih banyak berperan sebagai
mekanisme untuk memisahkan amina (de-aminasi) dari glutamat.
Setelah terasimilasi menajdi glutamin dan glutamat, nitrogen
kemudian diinkorporasikan menjadi asam amino lain melalui reaksi
transaminasi. Enzim yang berperan dalam hal ini secara umum dikenal
sebagai aminotransferase. Salah satu contoh enzim ini adalah
aspartate aminotransferase (AAT) yang mengkatalis
reaksi
Glutamate + oxaloacetate ®aspartate + 2-oxoglutarate
Dimana gugus amina dari glutamat ditransfer menuju atom C-2 asam
keto (Gambar 7-4 tengah bawah). Aspartate adalah asam amino yang
berpartisipasi dalam
malate-aspartate shuttle dari
mitokondria dan kloroplas menuju sitoplasma, dan dalam transport
karbon dari sel mesofil menuju sel seludang pembuluh (bundle sheath)
pada fiksasi karbon tanaman C4.
Gambar 7-4. Struktur dan lintasan senyawa terkait dengan
metabolisme amonium. Amonium dapat diasimilasi melalui kombinasi
dengan glutamat untuk membentuk glutamin (Glutamin sintetase) atau
dengan aminasi reduktis 2-oxoglurata yang menghasilkan glutamat
(glutamat dehidrogenase). Dua glutamat dihasilkan dari glutamin dan
2-oxoglutarat (glutamat sintase). Donor elektron (kofaktor tereduksi)
diperlukan dalam reaksi tersebut: feredoksin pada daun hijau dan NADH
pada jaringan non-fotosintetik.
v
Nitrogen ditransfer dari glutamin atau glutamat
menjadi asam amino lain melalui reaksi transaminasi
Semua reaksi transaminasi memerlukan kofaktor pyridoxal phosphate
(vitamin B6). Aminotransferase ditemukan dalam sitoplasma, kloroplas,
mitokondria, glioksisom, dan peroksisom. Enzim yang terdapat dalam
klorplas kemungkinan berperan penting dalam biosintesis asam amino
karena daun tanaman atau kloroplas yang diisolasi jika dipajankan
pada CO
2 diberi
label radiokatif akan segera menggabungkan C berlabel menjadi
glutamat, asapartat, alanin, serin, dan glisin.
v
Peran asparagin dan glutamin sebagai jembatan antara
metabolisme N dan C
Asparagin, yang diisolasi dari asparagus pada awal 1806, merupakan
bentuk amida pertama yang teridentifikasi. Fungsinya bukan sebagai
prekursor protein, namun sebagi senyawa kunci untuk transport dan
penyimpanan nitrogen karena stabilitasnya dan tingginya rasio
nitrogen:karbon (2N:4C untuk asparagin vs. 2N:5C untuk glutamin atau
1N:5C untuk glutamat). Jalur utama sintesis asparagin mencakup
transfer amida nitrogen dari glutamin ke aspartat (Gambar 7-4 bawah):
Glutamine + aspartate + ATP ®asparagine + glutamate + AMP +
PPi
Reaksi tersebut dikatalis oleh
asparagine synthetase (AS),
yang banyak ditemukan pada sitoplasma daun dan akar dan dalam nodul
pemfiksasi N. Intensitas cahaya dan kandungan karbohidrat yang
tinggi, kondisi yang merangsang aktivitas glutamine synthetase (GS)
dan Fd-glutamate synthase (Fd-GOGAT), menghambat ekspresi gen dan
aktivitas asparagine synthetase (AS). Pengaturan yang berlawanan pada
jalur yang saling bersaing ini membantu keseimbangan antara
metabolisme karbon dan nitrogen dalam tanaman. Kondisi cukup energi
(cahaya dan karbohidrat tinggi) menstimulir GS dan GOGAT, menghambat
AS, sehingga mendorong asimilasi N menjadi glutamin dan glitamat,
senyawa yang kaya akan karbon dan berpartisipasi dalam sintesis bahan
tanaman baru. Sebaliknya, keterbatasan energi menghambat GS dan
GOGAT, menstimulir AS, sehingga mendorong asimilasi N menuju
asparagin, senyawa yang kaya nitrogen dan cukup stabil untuk
transport jarak jauh atau untuk disimpan dalam jangka waktu lama
(
asparagine is stable for long-distance transport or long-term
storage).
2.2.3. Amonifikasi
Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi
amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur. Sebagian besar keberadaan N
2
di dalam tanah dalam bentuk molekul anorganik. Organisme yang sudah
mati diuraikan melalui proses hidrolisis yang menyebabkan protein
terurai menjadi asam amino. Proses ini disebut deaminasi. Proses
selanjutnya, asam amino yang sudah terbentuk dikonversi menjadi
ammonia (NH
3)
dan proses ini disebut amonifikasi. Amonifikasi dibantu oleh beberapa
mikroorganisme seperti bakteri dan jamur.
Amonia merupakan senyawa dalam bentuk gas, pada tanah yang kering
mudah menguap, sebaliknya pada tanah yang lembab/basah ammonia
terlarut dalam air dan membentuk ion ammonium (NH
4+
). Selanjutnya ion amonium dapat digunakan oleh bakteri dan tumbuhan
untuk sintesa asam amino.
Walaupun demikian, pemanfaatan nitrogen oleh kebanyakan tumbuhan
umumnya dalam bentuk NO
3-
karena NH
4+
akan dioksidasi menjadi NO
3-
oleh bakteri nitrifikasi. Disamping itu ammonium/ammonia ini bersifat
racun bagi tumbuhan dan dapat menghambat pembentukan ATP di kloroplas
dan mitokondria.
2.2.4. Nitrifikasi
Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri
yang hidup di dalam tanah dan bakteri nitrifikasi lainnya. Tahap
utama nitrifikasi, bakteri nitrifikasi seperti spesies
Nitrosomonas mengoksidasi amonium (NH4 +) dan mengubah
amonia menjadi nitrit (NO2-). Spesies bakteri lain, seperti
Nitrobacter, bertanggung jawab untuk oksidasi nitrit menjadi dari
nitrat (NO3-). Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting
karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman.
Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini :
1.NH
3 +
CO
2 + 1.5
O
2 +
Nitrosomonas → NO
2- +
H
2O + H
+
2.NO
2- +
CO
2 + 0.5
O
2 +
Nitrobacter → NO
3-
3.NH
3 +
O
2 →
NO
2− +
3H
+ + 2e
−
4.NO
2− +
H
2O → NO
3− +
2H
+ + 2e
note : “Karena kelarutannya yang sangat tinggi, nitrat dapat
memasukkan air tanah. Peningkatan nitrat dalam air tanah merupakan
masalah bagi air minum, karena nitrat dapat mengganggu tingkat
oksigen darah pada bayi dan menyebabkan sindrom methemoglobinemia
atau bayi biru. Ketika air tanah mengisi aliran sungai, nitrat yang
memperkaya air tanah dapat berkontribusi untuk eutrofikasi, sebuah
proses dimana populasi alga meledak, terutama populasi alga
biru-hijau. Hal ini juga dapat menyebabkan kematian kehidupan akuatik
karena permintaan yang berlebihan untuk oksigen. Meskipun tidak
secara langsung beracun untuk ikan hidup (seperti amonia), nitrat
dapat memiliki efek tidak langsung pada ikan jika berkontribusi untuk
eutrofikasi ini.”
Nitrifikasi merupakan proses oksidasi ion amonium menjadi nitrat
(NO
3-).
Proses ini dilakukan oleh bakteri autotrof yang termasuk ke dalam
genus
Nitrosomonas dan
Nitrobacter. Nitrosomonas
akan mengoksidasi ion ammonium menjadi nitrit (NO
2-)
dan selanjutnya
Nitrobacter akan mengoksidasi nitrit (NO
2-)
menjadi nitrat (NO
3-).
Tumbuhan cenderung menggunakan nitrat (NO
3-)
sebagai sumber nitrogen untuk sintesa protein karena nitrat memiliki
mobilitas yang lebih tinggi di dalam tanah dan lebih mudah terikat
dengan akar tanaman daripada amonium. Meski sebenarnya ion amonium
lebih efisien sebagai sumber nitrogen karena memerlukan lebih sedikit
energi untuk sintesa protein, tetapi karena bermuatan positif maka
lebih sulit dimanfaatkan karena sudah lebih dulu terikat oleh tanah
lempung yang bermuatan negatif.
2.2.5. Denitrifikasi
Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk kembali menjadi
gas nitrogen (N2), untuk menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini
dilakukan oleh spesies bakteri seperti
Pseudomonas dan
Clostridium dalam kondisi anaerobik. Mereka menggunakan
nitrat sebagai akseptor elektron di tempat oksigen selama respirasi.
Fakultatif anaerob bakteri ini juga dapat hidup dalam kondisi
aerobik.
Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui beberapa kombinasi dari
bentuk peralihan sebagai berikut:
NO
3− → NO
2− →
NO + N
2O → N
2 (g)
Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai reaksi
redoks:
2 N O
3− +
10 e
− +
12 H
+ →
N
2 + 6 H
2O
Dalam beberapa tahap selama berlangsungnya siklus nitrogen,
terjadi pembebasan dan pengikatan N
2
bebas (atmospheric nitrogen). Terlepasnya N
2
bebas akibat suatu proses yang terjadi dalam siklus nitrogen disebut
denitrifikasi, yang pada dasamya adalah konversi nitrat menjadi gas
nitrogen. Beberapa spesies dalam genus
Pseudomonas merupakan
kelompok bakteri terpenting yang melaksanakan proses denitrifikasi
dalam tanah.
Sejumlah jenis yang lain seperti
Paracoccus, Thiobacillus,
dan
Bacillus juga mampu melakukan proses denitrifikasi.
Bakteri-bakteri yang termasuk ke dalam kelompok ini adalah pada
umumnya merupakan mikroorganisme yang aerob, tetapi pada kondisi
anaerob mereka juga mampu menggunakan nitrat dalam situasi dimana
oksigen berperan sebagai akseptor elektron akhir (
anaerobic
respiration). Proses denitrifikasi tidak menguntungkan bagi
kesuburan tanah karena terjadi pembebasan N
2
ke atmosfer dari senyawa nitrat.
2.2.6. Oksidasi Amonia Anaerobik
Dalam proses biologis, nitrit dan amonium dikonversi langsung ke
elemen (N2) gas nitrogen. Proses ini membentuk sebagian besar dari
konversi nitrogen unsur di lautan. Reduksi dalam kondisi anoxic
juga dapat terjadi melalui proses yang disebut oksidasi amonia
anaerobik
NH4+ +
NO2− →
N2 + 2 H2O
2.3. Reduksi Nitrogen
Mekanisme proses reduksi nitrat yang diakui akhir-akhir ini dalam
tanaman tingkat tinggi maupun rendah adalah sebagai berikut:
NO3
+ 8H+ + 8e-
è NH3 + 2H2O
+ OH-
Beberapa bakteri menggunakan nitrat sebagai penerima elektron pada
kondisi anaerobik (respirasi nitrat) dan menghasilkan gas-gas
nitrogen (N
2
dan NO
x), suatu
proses yang menyebabkan hilangnya nitrogen dari dalam tanah melalui
denitrifikasi. Reduksi nitrat menjadi amonia dimediasi oleh dua enzim
yang berbeda:
nitrat reduktase, yang mereduksi nitrat
menjadi nitrit; dan
nitrit reduktase, yang mereduksi nitrit
menjadi amonia.
Nitrat reduktase adalah suatu enzim kompleks dengan berat molekul
~200.000 pada tanaman tingkat tinggi, dan sampai 500.000 pada tanaman
tingkat rendah. Enzim ini mengandung beberapa kelompok prostetik,
termasuk FAD, sitokrom, dan molibdenum. Terlokalisasi dalam
sitoplasma tanaman tingkat tinggi dan memerlukan baik NADH maupun
NADPH sebagai donor elektron. Diduga bahwa selama proses reduksi
elektron-elektron secara langsung ditransfer dari molibdenum ke
nitrat.
2.4. Agen yang Berperan Dalam Siklus Nitrogen
Dibawah ini adalah agen-agen yang berperan dalam siklus nitrogen.
Fiksasi nitrogen
oleh bakteri dapat memperbaiki atmosfer gas nitrogen (N 2) untuk
amonia (NH 3) dalam reaksi pengurangan. Persamaan untuk reaksi ini
adalah: N 2 + 3H 2 —-> 2NH 3 Beberapa bakteri pengikat nitrogen
yang hidup bebas di tanah misalnya Azotobacter Beberapa, misalnya
Rhizobium, membentuk mutualistic (simbiotik) hubungan dengan legum
(kacang polong, kacang-kacangan, semanggi dll, Ini adalah anggota
Papilionaceae) di mana bakteri hidup di nodul pada akar tanaman.
Bakteri menyediakan tanaman dengan tetap nitrogen, tanaman
memberikan bakteri dengan karbohidrat. Gambar di bawah ini
menunjukkan nodul akar dalam anggota Papilionaceae
Decomposer adalah
bakteri dan jamur yang membusuk bangkai binatang dan tanaman dan,
dalam proses mengkonversi nitrogen organik mereka (yang ditemukan
dalam protein dan asam nukleat) menjadi anorganik, amonium (NH 4 +)
.
Bakteri nitrifikasi
adalah bakteri yang interconvert molekul nitrogen anorganik:
Nitrosomonas mengubah amonium (NH 4 +) ke nitrit (NO 2 -)
,Nitrobacter mengubah nitrit (NO 2 -) menjadi nitrat (NO 3 -)
.Secara bersama proses-proses ini dikenal sebagai nitrification
.Nitrification hanya terjadi bila kondisi tanah tidak sesuai yaitu
berawa, terlalu dingin atau terlalu asam. Jika kondisi tanah yang
tidak sesuai terakumulasi amonium
Baktei denitrifikasi
adalah bakteri yang mengubah nitrat (NO 3 -) untuk nitrit (NO 2 -)
dan kemudian ke gas nitrogen (N 2) .Bakteri ini mengkonversi
nitrogen anorganik ke dalam atmosfer nitrogen; suatu proses yang
dikenal sebagai denitrifikasi. Contoh bakteri ini adalah
Pseudomonas, Thiobacillus dll. Ini adalah denitrifikasi bakteri
anaerob sehingga hanya terjadi dalam kondisi anaerob (misalnya
ketika tanah berawa
Fiksasi nitrogen
oleh energi yang tinggi yang tersedia dari petir yang cukup untuk
memperbaiki atmosfer nitrogen nitrat
Haber-Bosch: ini
adalah sepenuhnya proses buatan yang digunakan dalam pembuatan pupuk
amonium – tetapi karena kontribusi terhadap total fiksasi nitrogen
atmosfer sering termasuk
- Pencucian: hilangnya nitrat dari tanah
sebagai akibat dari hujan lebat turun. Nitrat larut ke dalam tubuh
air (misalnya danau) memperkaya mereka dan membuat mereka lebih
subur. Proses ini dikenal sebagai eutrofikasi.
2.5. Nitrogen Tersedia Bagi Tanaman
Nitrogen yang dapat di manfaatkan oleh tanaman tinggkat tingggi
khususnya tanaman budidaya dapat di bedakan atas empat kelompok utama
yaitu:
1. Nitrogen nitrat (NO3-),
2. Nitrogen ammonia (NH4+),
3. Nitrogen molekuler (N2) dan
4. Nitrogen organic.
Namun tidak semua dari bentuk – bentuk nitrogen ini dapat
tersedia bagi tanaman. Umumnya tanaman pertanian memanfaatkan nitrat
dan ammonium kecuali pada beberapa tanaman legume yang mampu
memanfaatkan N bebas melalui proses fiksasi N dengan bersimbiosis
dengan bakteri Rhizobium. N organic kadang – kadang dapat
dimanfaatkan oleh tanaman tinggi akan tetapi tidak mampu mencukupi
kebutuhan N tanaman dan umumnya dimanfaatkan lewat daun melalui
pemupukan lewat daun.
Bagi tanaman pertanian terutama manfaat N dalam bentuk ion nitra,
akan tetapi dalam kondisi tertentu khususnya pada tanah – tanah
masam dan kondisi an aerobic tanaman akan memanfaatkan N dalam bentuk
ion ammonium (NH4+). Pada tanaman – tanaman yang tumbuh aktif
dengan cepat nitrat yang terabsopsi oleh akar tanaman akan terangkut
dengan cepat ke daun mengikuti alur transpirasi. Oleh karena itu
metabolisme nitrat pada kebanyakan tanaman budidaya umumnya terjadi
didaun walaupun metabolisme nitrogen juga terjadi pada akar tanaman.
2.6. Peranan Nitrogen Bagi Pertumbuhan Tanaman
Nitrogen adalah unsur yang sangat penting bagi petrumbuhan
tanaman. Nitrogen merupakan bagian dari protein, bagian penting
konstituen dari protoplasma, enzim, agen katalis biologis yang
mempercepat proses kehidupan. Nitrogen juga hadir sebagai bagian dari
nukleoprotein, asam amino, amina, asam gula, polipeptida dan senyawa
organik dalam tumbuhan. Dalam rangka untuk menyiapkan makanan untuk
tanaman, tanaman diperlukan klorofil, energi sinar matahari untuk
membentuk karbohidrat dan lemak dari C air dan senyawa
nitrogen.
Adapun peranan N yang lain bagi tanaman adalah :
2.7. Gejala Kelebihan dan Kekurangan
Nitrogen pada Tanaman
Kekurangan salah satu atau beberapa unsur
hara akan mengakibatkan pertumbuhan tanaman tidak sebagaimana
mestinya yaitu ada kelainan atau penyimpangan-penyimpangan dan banyak
pula tanaman yang mati muda yang sebelumnya tampak layu dan
mengering.
Adapun gejala yang ditimbulkan akibat dari
kekurangan dan kelebihan unsure N bagi tnaman adalah sebagai berikut:
1. Efek kekurangan unsur N bagi Tanaman.
2. Efek dari kelebihan unsur N bagi tanaman.
2.8.Metabolisme nitrogen pada biji yang berkecambah
Di sel penyimpanan pada semua
biji, protein cadangan disimpan pada struktur ikatan membran yang
dinamakan benda protein. Benda protein bukan merupakan protein
murni, tapi juga mengandung banyak fosfat, magnesium dan kalsium
cadangan biji.
Fosfat diesterifikasi menjadi enam
gugus hidroksil dari gula alkohol enam karbon yang dinamakan
myoinositol. Produk dari esterifikasi disebut fitat, dan ionisasi H+
dari guguis fosfat memungkinkan Mg2+, Ca2+, Zn2+, dan mungkin K+
untuk membentuk garam yang dinamakan fitin atau kadangkala fitat.
Fitin biasanya menempel pada protein di benda protein.
Imbibisi air oleh biji kering
menyebabkan berlangsungnya berbagai reaksi kimia sehingga terjadi
perkecambahan dan perkembangan kecambah. Protein di dalam benda
protein dihidrolisis oleh proteinase (protease) dan peptidase
menjadi asam amino dan amida.
Beberapa asam amino dan amida yang
dilepaskan selama proses hidrolosis protein di dalam biji akan
digunakan untuk membentuk protein baru yang khusus, asam nukleat
dsb. Tapi sebagian besar diangkut melalui floem ke sel yang sedang
tumbuh di akar dan tajuk.
- Akar muda segera menyerap NO3- dan NH4+, dan asimilasi
nitrogen untuk tumbuhan yang sedang tumbuh lainnya mulai lagi.
2.9.Reaksi yang Umum Terjadi pada Metabolisme Asam Amino
Transaminasi.
Deaminasi.
- Pembentukan urea.
2.9.1.Transaminasi
- Alanin transaminase
Piruvat + asam α-amino jadinya: L-alanin + Asam α-keto.
- Glutamate transaminase
α-ketoglutarat + asam α-amino jadinya: L-glutamat + asam α-keto.
- Lysine, threonine, proline, dan hidroksiproline tidak
mengalami transaminasi.
2.9.2.Deaminasi
Pemindahan gugus amino dan ion H.
Hasilnya ammonia (NH3).
Rangka karbonnya mengalami:
Dioksidasi pada siklus krebs.
Digunakan untuk glukoneogenesis.
Diubah menjadi asam lemak.
Enzimnya glutamate dehidrogenase:
Reversibel.
Sebagai enzim pengendali.
Inhibitor alosterik: ATP, GTP,
NADH.
Aktivator alosterik: ADP, GDP.
Didapat di berbagai jaringan
dalam sitoplasma dan mitokondria.
- Enzimnya glutamate dehidrogenase:
2.9.3. Siklus Urea
Jika asam amino berlebihan:
2.10. Pembuatan tumbuhan yang mampu mengikat
Nitrogen (N2) sendiri
Nitrogen merupakan elemen esensial dari protein, DNA, dam RNA.
Pertumbuhan tanaman juga sangat dipengaruhi oleh nitrogen ini. Pada
tumbuhan tertentu, terutaa polong-polongan, di akarnya sering
terdapat akar yang menggelembung, yang disebut nodul. Di dalam nosul
ini terdapat bakteri Rhizobium yang bersimbiosis. Bakteri Rhizobium
dapat mengikat nitrogen dan mengubah nitrogen menjadi nitrat. Prosese
tadi disebut fiksasi nitrogen. Akibat adanya simbiosis ini, tumbuhan
polong-polongan tercukupi kebutuhan nitratnya, dan sebaliknya
menghasilkan gula bagi bakteri.
Serelia atau tumbuhan
rumput-rumputan berbiji merupakan tumbuhan yang mensuplai 50% makanan
pokok penduduk dunia. Namun, serelia tidak memiliki bakteri yang
dapat memfiksasi nitrogen di akarnya, sehingga kebutuhan nitrogennya
dapat diperoleh dari pupuk buatan. Kelebihan pupuk buatan dapat dapat
terbilas air dan mencemari air minum dan lain-lain.
Dengan adanya
bioteknologi, para ilmuwan mencoba mengembangkan tumbuhan yang
akarnya dapat bersimbiosis dengan Rhizobium. Ide ini melibatkan 12
gen nif, yang dapat mengontrol fiksasi nitrogen. Para ilmuwan mencoba
menyisipkan gen nif kepada :
1. tumbuhan serelia yang sesuai,
2.
bakteri yang berasosiasi dengan tumbuhan serelia,
3. plasmid Ti
dari Agrobacterium dan kemudian menginfeksi tumbuhan yang sesuai
dengan bakteri yang telah direkayasa.
Para ilmuwan memanfaatkan rekayasa genetika untuk mengisolasi gen
yang diinginkan kemudian menyisipkannya ke sel organisme lain yang
dikehendaki. Dalam penyisipan ini dilibatkan bakteri Agrobacterium
tumefaciens untuk memasukkan gen ke sel-sel tumbuhan.
Sel Agrobacterium memiliki untaian DNA yang disebut plasmid Ti
[T=tumor, i=including]. Gen yang dikehendaki disisipkan dulu ke
plasmid Ti. Tumbuhan yang diinfeksi Agrobacterium mengalami tumor
ganas yang disebabkan oleh Ti. Tumor ini disebut crown gall yang
sel-sel didalamnya masing-masing mengandung plasmid Ti yang telah
disisipkan gen. tumbuhan dapat dikulturkan dari potongan kecil
jaringan dari crown gall. Tumbuhan hasil kultur ini telah memiliki
sifat yang berbeda karena telah disisipkan gen, jadi sifat gen akan
sesuai dengan gen yang disisipkan.
- Nitrogen memasuki ekosistem melalui 2 jalur alami:
– Atmosfer (80%)
– Tanaman
– Bahan organik tanah
– Industri pupuk
nitrogen kimiawi menyumbang pada daur nitrogen di alam.
– Terjadi halilintar
di udara ternyata dapat menghasilkan zat Nitrat, yang kemudian di
bawa air hujan meresap ke bumi.
– Sisa-sisa tanaman
dan bahan-bahan organis.
– Mikrobia atau
bakteri-bakteri.
– Pupuk buatan (Urea,
ZA dan lain-lain)
– Hasil dari fiksasi
nitrogen adalah amonia, yang di dalam tanah akan berubah menjadi
amonium setelah mengalami penambahan ion H
+
(amonifikasi), yang dapat digunakan oleh tanaman.
Beberapa bakteri aerob dapat
mengoksidasi amonium menjadi nitrat, melalui proses yang disebut
nitrifikasi.
Nitrat juga dapat digunakan oleh
tanaman.
Beberapa bakteri dapat menggunakan
oksigen dari nitrat dan melepaskan N2
ke udara (denitrifikasi).
Fungsi Nitrogen bagi tanaman
adalah:
Diperlukan untuk pembentukan atau
pertumbuhan bagian vegetatif tanaman, seperti daun, batang dan
akar.
Berperan penting dalam hal
pembentukan hijau daun yang berguna sekali dalam proses
fotosintesis.
Membentuk protein, lemak dan
berbagai persenyawaan organik.
Meningkatkan mutu tanaman
penghasil daun-daunan.
- Meningkatkan perkembangbiakan mikro-organisme di dalam
tanah.
BAB III
PENUTUP
3.1. Kesimpulan
Nitrogen merupakan salah satu unsure makro esensial yang
dibutuhkan oleh tanaman. Tanaman menggunakan nitrogen dalam proses
pembentukan DNA, RNA, maupun protein sebagai pembangun jaringan tubuh
tumbuhan. Nitrogen dapat diserap tanaman dalam bentuk nitrat dan
ammonium. Amonium adalah salah satu bentuk senyawa nitrogen yang
tidak dapat diakumulasikan dalam jaringan tumbuhan dalam jangka waktu
yang lama Senyawa ini dapat menghambat produksi ATP. Gejala
defisiensi nitrogen adalah tanaman tumbuh kerdil dan daunnya menjadi
kekuningan (klorosis).