BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Nitrogen adalah
senyawa yang tersebar luas di biosfir. Atmosfer bumi mengandung sekitar 78% gas
nitrogen. 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.
Nitrogen di alam
berada dalam berbagai bentuk dan berada dalam keadaan dinamis mengikuti
perubahan fisik dan kimia dalam suatu daur Nitrogen. Meskipun nitrogen di udara
mampu masuk keluar tubuh tumbuhan, tetapi tidak ada enzim yang mampu
menangkapnya. Kebanyakan Nitrogen yang masuk tubuh tumbuhan telah
mengalami reduksi oleh mikroba prokaryotic atau dalam bentuk NO3- dan NH4+
dalam air hujan. Penambatan nitrogen dapat dilakukan secara simbiotik atau non
simbiotik antara tumbuhan tingkat tinggi dan mikroba. Tumbuhan tinggi dapat
menggunakan Nitrogen yang telah tereduksi tersebut. Bagi tumbuhan lain yang
tidak bersimbiosis dengan nitrogen , nitrogen diserap dalam bentuk NO3- atau
NH4+. Umumnya dalam bentuk NO3- karena NH4+ akan dioksidasi menjadi NO3-
oleh bakteri nitrifikasi. Konsep metabolisme yang akan dibahas dalam makalah
ini difokuskan pada metabolisme Nitrogen. Reduksi nitrat menjadi
ammonium dan perubahan ammonium menjadi senyawa organic yang terdapat pada
tumbuhan.
1.2
Tujuan Penulisan
1. Untuk mengetahui proses metabolime
nitrogen
2. Untuk mengetahui peranan nitrogen bagi
tumbuhan
1.3 Manfaat Penulisan
Makalah ini
diharapkan menjadi sumber informasi bagi mahasiswa dalam pembelajaran kuliah
fisiologi tumbuhan
BAB II
ISI
2.1 Nitrogen
Nitrogen adalah unsur kimia yang memiliki lambang N, nomor
atom dari 7 dan massa atom 14,00674 u. Elemental nitrogen tidak berwarna, tidak
berbau, tawar dan kebanyakan lembam diatomik gas pada kondisi standar,
merupakan 78% dari volume atmosfer bumi. Banyak senyawa penting industri,
seperti amonia, asam nitrat, nitrat organik (propellants dan bahan peledak),
dan sianida, mengandung nitrogen. Ikatan yang sangat kuat dalam unsur kimia
nitrogen mendominasi, menyebabkan kesulitan untuk kedua organisme danindustri
dalam mematahkan ikatan untuk mengubah N2 menjadi senyawa yang
berguna, tetapi melepaskan sejumlah besar energi sering berguna, ketika senyawa
tersebut terbakar, meledak, atau pembusukan kembali menjadi gas nitrogen.
Unsur nitrogen ditemukan oleh dokter Skotlandia Daniel
Rutherford pada tahun 1772. Nitrogen terjadi di semua organisme hidup. Ini adalah
elemen konstituen asam amino dan dengan demikian protein, dan asam nukleat (DNA
dan RNA). Ini terletak pada struktur kimia dari hampir semua neurotransmiter,
dan merupakan komponen yang menentukan alkaloid, molekul biologis yang
dihasilkan oleh banyak organisme.
2.2
Siklus Nitrogen (N2)
Gas nitrogen
banyak terdapat di atmosfer, yaitu sekitar 78% 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. Sebagian besar nitrogen yang terdapat di
dalam organisme hidup berasal dari penambatan (reduksi) oleh mikro organisme
prokariot. Sebagian diantaranya terdapat di akar tumbuhan tertentu atau dari
pupuk hasil penambatan secara industry. Sejumlah kecil nitrogen pindah dari
atmosfer ke tanah sebagai NH4+ dan NO3-
bersama air hujan dan diserap oleh akar. NH4+ ini
berasala dari pembakaran industry, aktivitas gunung berapi dan kebakaran hutan
sedangkan NO3- berasal dari oksidasi N2 oleh O2
atau ozon dengan bantuan kilat atau radiasi ultraviolet, sumber lain NO3-
adalah samudera.
Gambar.1
Siklus Nitrogen
Penyerapan NO3-
dan NH4+ oleh tumbuhan memungkinkan tumbuhan untuk membentuk
berbagai senyawa nitrogen terutama protein. Pupuk, tumbuhan mati,
mikroorganisme, serta hewan merupakan sumber penting nitrogen yang dikembalikan
ke tanah tapi sebagaian besar nitrogen tersebut tidak larut dan tidak segera
tersedia bagi tumbuhan. Pengubahan nitrogen organic menjadi NH4+
oleh bakteri dan fungi tanah disebut Amnoifikasi yang dapat berlangsung oleh
berbagai macam mikroorganisme pada suhu dingin dan pada berbagai nilai ph.
Selanjutnya pada tanah yang hangat dan lembab dan ph sekitar netral NH4+ akan
dioksidasi menjadi nitrit (NO2) dan NO3- dalam
beberapa hari setelah pembentukkannya atau penambahannya sebagai pupuk disebut
dengan Nitrifikasi yang berguna dalam menyediakan energi bagi kelangsungan
hidup dan perkembangan mikroba tersebut. Selain itu terdapat pula denitrifikasi
yaitu suatu proses pembentukan N2, NO, N2O dan NO2
dari NO3- oleh bakteri aneorobik yang berlangsung di
dalam tanah yang penetrasi O2- nya terbatas, tergenang, padat dan
daerah dekat pemukiman tanah yang konsentrasi O2 nya rendah karena
penggunaannya yang cepat dalam oksidasi bahan organik. Tumbuhan kehilangan
sejumlah kecil nitrogen ke atmosfer sebagai NH3, N2O, NO2,
dan NO terutama jika diberi pupuk nitrogen dengan baik.
2.3
Penambatan Nitrogen
Proses
reduksi N2 menjadi NH4 dinamakan penambatan
nitrogen. Proses ini dilakukan oleh mikroorganisme prokariotik, penambatan
nitrogen ini melibatkan bakteri tanah yang hidup bebas, sianobakteri (ganggang
hijau-biru) yang hidup dipermukaan tanah atau di dalam air, sianobakteri yang
hidup bersimbiosis dengan fungi, lumut, pakis dan bakteri yang berasosiasi
secara simbiotik dengan akar, khususnya pada tumbuhan kacangan. Pada tumbuhan
kacangan ini, bakteri yang berperan adalah Rhizobium, Bradyrhizobium, dan
Azhorhizobium. Semua Rhizobium adalah bakteri aerob yang bertahan secara
saprofit di dalam tanah sampai mereka menginfeksi bulu akar. Infeksi
bakteri ini menyebabkan apa yang kita sebut bintil akar.
Tahapan pembentukan bintil akar
tersebut sebagai berikut, :
1. Bakteri menginfeksi bulu akar.
2. Enzim dari bakteri merombak dinding sel
sehingga bakteri dapat masuk ke Bulu akar membentuk struktur lir- benang
yang disebut benang infeksi yang terdiri dari membran plasmalurus dan
memenjang dari sel yang terserang.
3. Bakteri membelah dengan cepat di
dalam benang yang menjalar , masuk dan menembus sel korteks . Pada sel
korteks sebelah dalam, bakteri dilepas ke sitoplasma dan merangsang sel
(khususnya sel tetraploid) untuk membelah, yang menyebabkan proliferasi
jaringan membentuk bintil akar dewasa. Setiap bakteri yang membesar dan tidak
bergerak disebut bakteroid.
4. Bakteroid biasanya berada di sitoplasma
secara berkelompok dan masing-masing dikeliingi oleh membran peribakteroid.
Antara membran bakteroid dan kelompok bakteroid terdapat daerah yang disebut
ruang peribakteroid. Di luar ruang peribakteroid, di sitoplasma terdapat
protein yang dinamakan leghemoglobin, yang menyebabkan bintil kacangan warnanya
merah muda. Dan diperkirakan leghemoglobin mengangkut O2 untuk bakteri. Penambatan
Nitrogen di bintil akar terjadi secara langsung di dalam bakteroid.
5. Tumbuhan inang menyediakan karbohidrat
bagi bakteroid, yang akan dioksidasi sehingga diperoleh energi. Beberapa
elektron dan ATP yang diperoleh selama oksidasi di bakteroid digunakan untuk
mereduksi N2 menjadi NH4
Reaksi
penambatan nitrogen secara keseluruhan adalah sebagai berikut, :
N2+ 8 elektron + 16 Mg ATP +16 H2O→2NH3 + H2 + 16Mg ATP + 16 Pi + 8H+
Enzim yang diperlukan adalah enzim nitrogenase. Tahapannya adalah sebagai berikut, :
N2+ 8 elektron + 16 Mg ATP +16 H2O→2NH3 + H2 + 16Mg ATP + 16 Pi + 8H+
Enzim yang diperlukan adalah enzim nitrogenase. Tahapannya adalah sebagai berikut, :
1. Respirasi karbohidrad pada bakteroid
menyebabkan reduksi NAD menjadi NADH atau NADP menjadi NADPH. Oksidasi
piruvat selama respirasi menyebabkan reduksi flavodoksin.
2. Kemudian Flavoduksin, NADH atau
NADPH mereduksi feredoksin.
Nitrogenase menerima elektron dari flavodoksin tereduksi, feredoksin atau bahan pereduksi efektif lainnya saat mengkatalisis penambatan N2. Netrogenase terdiri dari dua protein yang berlainan, yaitu protein Fe dan Protein Fe-Mo. Protein Fe mengandung 4 atom besi sementara protein Fe-Mo mempunyai atom molibdenum dan 28 atom besi. Baik molebdenun ataupun besi menjadi tereduksi, kemudian dioksidasi saat nitrogenase menerima elektron dari feredoksin dan mengangkutnya ke N2 untuk membentuk NH4. NH4 diangkut keluar dari bakteroid dan digunakan oleh tumbuhan inang. Di sitosol, yang mengandung bakteroid (bagian luar membran peribakteroid) NH4 diubah menjadi glutamin, asam glutamat, asparagin, dan ureida (alantoin dan asam alantoat).
Nitrogenase menerima elektron dari flavodoksin tereduksi, feredoksin atau bahan pereduksi efektif lainnya saat mengkatalisis penambatan N2. Netrogenase terdiri dari dua protein yang berlainan, yaitu protein Fe dan Protein Fe-Mo. Protein Fe mengandung 4 atom besi sementara protein Fe-Mo mempunyai atom molibdenum dan 28 atom besi. Baik molebdenun ataupun besi menjadi tereduksi, kemudian dioksidasi saat nitrogenase menerima elektron dari feredoksin dan mengangkutnya ke N2 untuk membentuk NH4. NH4 diangkut keluar dari bakteroid dan digunakan oleh tumbuhan inang. Di sitosol, yang mengandung bakteroid (bagian luar membran peribakteroid) NH4 diubah menjadi glutamin, asam glutamat, asparagin, dan ureida (alantoin dan asam alantoat).
Faktor-faktor
yang dapat meningkatkan penambatan nitrogen antara lain :
a. Faktor Lingkungan Mencakup kelembaban
yang cukup, suhu hangat, sinar matahari yang terang, konsentrasi CO2
yang tinggi.
b. Faktor Genetik Mencakup proses
pengenalan yang dikendalikan secara genetis antara spesies bakteri dan spesies
atau varietasi tumbuhan kacangan dan kemampuan nitrogenase dari semua organisme
untuk mereduksi H+ dan persaingan dengan N2 serta tahap
pertumbuhan. Pada dasarnya jumlah terbesar yang ditambah oleh tumbuhan asli
tahunan dan tumbuhan kacangan pada pertumbuhan adalah saat perkembangan
reproduksi.
2.4 Reduksi Nitrat Menjadi Ammonium
Reaksi
kedua dari proses reduksi nitrat adalah pengubahan
nitrit menjadi NH4. Nitrit yang ada di sitosol diangkut ke dalam
kloroplas di daun atau ke dalam proplastid di akar.
Tahapan
reduksi nitrit menjadi ammonium adalah sebagai berikut, :
1. Di daun, reduksi NO2 menjadi
NH4 memerlukan enam elektron yang diambil dari H2O pada
sistem pengangkutan elektron non siklik, pada kloroplas selama pengangkutan
elektron ini, cahaya mendorong pengangkutan elektron dari H2O ke
ferodksin (Fd). Reaksinya adalah sebagai berikut :
3H2O + 6Fd + cahaya 15O2 + 6H + 6Fd
2. Kemudian ferodoksin tereduksi memberikan
6 elektron yang digunakan untuk mereduksi NO2 menjadi NH4,reaksinya sebagai
berikut, :
NO2 + 6Fd(Fe )+8H
NH4 + 6Fd(Fe )+H2O
3. Sehingga keseluruhan proses reduksi
nitrit menjadi amonia adalah sebagai berikut:
NO2 + 3H2O +
2H + cahaya NH4
+ 1,5 O2 + 2H2O
2.5
Perubahan Ammonium Menjadi Senyawa Organik
Ketersediaan NH4 yang
berasal dari :
-
Penyerapan
langsung dari tanah
-
Penambatan
fiksasi N2 oleh mikroorganisme
-
Reduksi Amonium
tidak pernah ditemukan tertimbun di suatu tempat tertentu dalam tubuh tumbuhan
karena bersifat racun.
Amonium
dapat menghambat pembentukan ATP di kloroplas maupun mitokondria karena
bertindak sebagai pemecah senyawa reaksi. Tahapan pengubahan
amonium menjadi bahan organik adalah sebagai berikut :
1.
Semua
NH4 diubah menjadi gugus amida dari glutamin. Pengubahan ini akan
membentuk asam glutamat, asam aspartat, dan asparagin. Glutamin dibentuk dengan
penambahan satu gugus NH2 dan NH4 ke gugus karboksil
terjauh dari karbon alfa asam glutamat. Enzim yang diperlukan adalah glutamin
sintase. Hidrolisis ATP menjadi ADP dan Pi yang sangat penting mendorong reaksi
lebih lanjut (reaksi 1).
2.
Enzim
glutamat sintase mengangkut gugus amida dari glutamin ke karbon karboksil asam
alfa ketoglutamat, sehingga terbentuk dua molekul asam glutamat. Proses ini
membutuhkan feredoksin yang mampu menyumbang 2 elektron yaitu feredoksin di
kloroplas dan NADH atau NADPH di proplastid sel-sel non fotosintesis (reaksi
2).
3.
Satu
asam glutamat yang dihasilkan diperlukan untuk mempertahankan reaksi (1),
glutamat yang lain dapat diubah secara langsung menjadi protein, klorofil, asam
nukleat dan sebagainya.
4.
Selain
membentuk glutamat, glutamin dapat menyumbangkan gugus amidanya ke asam
aspartat untuk membentuk asparagin. Reaksi ini membutuhkan enzim asparagin
sintase. Energi untuk mendorong reaksi diperoleh dari hidrolisis ATP menjadi
AMP dan PPi (reaksi 4).
5.
Nitrogen
dalam aspartat dapat berasal dari glutamat, dan 4 karbonnya mungkin
berasal dari axsam oksaloasetat. Oksaloasetat dibentuk dari PEP-karboksilase.
Glutamin menjadi
bentuk penyimpan nitrogen utama pada banyak tumbuhan. Glutamin banyak
terdapat pada organ-organ penyimpan seperti umbi kentang, akar bit, gula,
wortel dan lobak. Sementara aspartat banyak terdapat pada tanaman
kacang-kacangan. Pada daun dewasa, glutamin sering dibentuk dari asam glutamat
dan NH4 yang dihasilkan ketika perombakan protein mulai meningkat.
Glutamin kemudian diangkut melalui floem ke daun yang lebih muda atau ke akar,
bunga, biji, atau buah. Akhirnya glutamin dapat bergabung langsung ke protein
pada semua sel dalam bentuk salah satu dari asam amino.
2.6 N- 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.
2.7 Peranan N 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 :
- Berperan
dalam pertumbuhan vegetatif tanaman.
- Memberikan
warna pada tanaman,
- Panjang
umur tanaman
- Penggunaan
karbohidrat.
- Dll.
2.8 Gejala Kekurangan Dan Kelebihan Unsur N Terhadap 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.
·
Pertumbuhan kerdil,
- Warna
daun menguning,
- Produksi
menurun,
- Fase
pertumbuhan terhenti,
- Kematian.
2. Efek dari kelebihan unsur N bagi tanaman.
- Kualitas
buah menurun.
- Menyebabkan
rasa pahit (spt pada buah timun).
- Produksi
menurun,
- Daun
lebat dan pertumbuhan vegetative yang cepat,
- Menyebabkan
keracunan pada tanaman,
BAB
III
PENUTUP
3.1
KESIMPULAN
1.
Nitrogen
merupakan komponen penting pada protein dan asam nukleat yang biasanya diserap
dari tanah dalam bentuk sangat teroksidasi dan harus reduksi oleh proses yang
bergantung pada energi, sebelum bergantung menjadi protein dan senyawa lain dalam
sel.
2.
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).
3.
Proses pereduksian nitrat menjadi ammonium
dapat terjadi dalam dua reaksi yang berbeda yaitu yang dikatalis oleh nitrat
reduktase dan pengubahan nitrit menjadi NH4+ yang dikatalis oleh nitrit
reduktase.
4.
Proses
pengubahan ammonium menjadi senyawa organik terbagi atas 5 reaksi antara lain
glutamine sintetase, glutamat sintase, asparagin sintetase, transaminase, PEP
karboksilase.
DAFTAR PUSTAKA
Champbell, Reece – Mitchell. 1999.
Biologi Edisi Kelima (Terjemahan). Penerbit Erlangga. Jakarta.
Dwidjoseputro, D.1998. Pengantar
Fisiologi. Tumbuhan. Penerbit. Pt. Gramedia.
Jakarta.
Lily
agustina, 2004. Dasar nutrisi tanaman. Pt rineka citra. Jakarta
Mehda
mascara,2009. Unsur – unsur penting bagi tanaman. Jakarta
Sasmitamihardja, Dardjat. 1996.
Fisiologi Tumbuhan. Proyek Pendidikan
Tenaga Akademik, Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan dan kebudayaan.
BAB I
PENDAHULUAN
I.I Latar Belakang
Istilah metabolisme, berasal dari bahasa Yunani, berarti
perubahan atau transformasi. Metabolisme juga merupakan proses-proses kimia
yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel. Metabolisme disebut juga reaksi
enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim.
Nitrogen adalah senyawa yang tersebar luas di biosfir.
Atmosfer bumi mengandung sekitar 78% gas nitrogen. 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.
Nitrogen di alam berada dalam berbagai bentuk dan berada
dalam keadaan dinamis mengikuti perubahan fisik dan kimia dalam suatu daur
Nitrogen. Meskipun nitrogen di udara mampu masuk keluar tubuh tumbuhan, tetapi
tidak ada enzim yang mampu menangkapnya. Kebanyakan Nitrogen yang masuk
tubuh tumbuhan telah mengalami reduksi oleh mikroba prokaryotik atau dalam bentuk NO3- dan NH4+
dalam air hujan. Penambatan nitrogen dapat dilakukan secara simbiotik atau non
simbiotik antara tumbuhan tingkat tinggi dan mikroba. Tumbuhan tinggi dapat
menggunakan Nitrogen yang telah tereduksi tersebut. Bagi tumbuhan lain yang
tidak bersimbiosis dengan nitrogen , nitrogen diserap dalam bentuk NO3- atau
NH4+. Umumnya dalam bentuk NO3- karena NH4+ akan dioksidasi menjadi NO3-
oleh bakteri nitrifikasi.
I.2 Tujuan
Tujuan dari
penulisan malalah ini adalah mengetahui bagaimana proses terjadinya siklus
nitrogen di alam, mekanisme metobolisme nitrogen yang terjadi didalam tubuh
tumbuhan, organisme apa saja yang terlibat dalam mekanisme tersebut dan faktor
– faktor apa saja yang mempengaruhinya.
BAB II
ISI
2.I Siklus
Nitrogen
Nitrogen adalah unsur yang paling berlimpah
di atmosfer (sekitar 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 (Champbell, Reece – Mitchell, 1999).
Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses
konversi senyawa yang mengandung unsur
nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi
ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen secara khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena
ketersediaan nitrogen dapat
mempengaruhi tingkat proses ekosistem kunci, termasuk produksi primer dan
dekomposisi. Aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan
pupuk nitrogen buatan, dan
pelepasan nitrogen dalam air
limbah telah secara dramatis mengubah siklus
nitrogen global (Champbell, Reece – Mitchell, 1999).
Nitrogen sangatlah penting untuk berbagai
proses kehidupan di Bumi. Nitrogen adalah
komponen utama dalam semua asam amino,
yang nantinya dimasukkan ke dalam
protein, tahu kan kalau 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. Pada tumbuhan, banyak dari
nitrogen digunakan dalam molekul
klorofil, yang penting untuk
fotosintesis dan pertumbuhan lebih lanjut. Meskipun atmosfer bumi
merupakan sumber berlimpah nitrogen,
sebagian besar relatif tidak dapat digunakan oleh tanaman. Pengolahan kimia
atau fiksasi alami (melalui
proses konversi seperti yang dilakukan bakteri rhizobium), diperlukan
untuk mengkonversi gas nitrogen
menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh organisme hidup, oleh karena itu nitrogen menjadi komponen penting
dari produksi pangan. Kelimpahan atau kelangkaan dari bentuk "tetap" nitrogen, (juga dikenal sebagai nitrogen reaktif), menentukan berapa
banyak makanan yang dapat tumbuh pada sebidang tanah (Champbell, Reece – Mitchell, 1999).
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 (Champbell, Reece – Mitchell, 1999).
Sebagian besar nitrogen yang terdapat di dalam organisme
hidup berasal dari penambatan (reduksi) oleh mikro organisme prokariot.
Sebagian diantaranya terdapat di akar tumbuhan tertentu atau dari pupuk hasil
penambatan secara industri. Sejumlah kecil nitrogen pindah dari atmosfer ke tanah
sebagai NH4+ dan NO3- bersama air hujan dan diserap oleh akar. NH4+ ini berasal
dari pembakaran industri, aktivitas gunung berapi dan kebakaran hutan sedangkan NO3-
berasal dari oksidasi N2 oleh O2 atau ozon dengan bantuan kilat atau radiasi
ultraviolet, sumber lain NO3- adalah samudera (Champbell, Reece – Mitchell, 1999).
Penyerapan NO3- dan NH4+ oleh tumbuhan memungkinkan tumbuhan
untuk membentuk berbagai senyawa nitrogen terutama protein. Pupuk, tumbuhan
mati, mikroorganisme, serta hewan merupakan sumber penting nitrogen yang
dikembalikan ke tanah tapi sebagaian besar nitrogen tersebut tidak larut dan
tidak segera tersedia bagi tumbuhan.
Pengubahan nitrogen organic menjadi NH4+ oleh bakteri dan fungi tanah disebut Amnoifikasi yang dapat berlangsung oleh berbagai macam mikroorganisme pada suhu dingin dan pada berbagai nilai ph. Selanjutnya pada tanah yang hangat dan lembab dan ph sekitar netral NH4+ akan dioksidasi menjadi nitrit (NO2) dan NO3- dalam beberapa hari setelah pembentukkannya atau penambahannya sebagai pupuk disebut dengan Nitrifikasi yang berguna dalam menyediakan energi bagi kelangsungan hidup dan perkembangan mikroba tersebut (Champbell, Reece – Mitchell, 1999).
Pengubahan nitrogen organic menjadi NH4+ oleh bakteri dan fungi tanah disebut Amnoifikasi yang dapat berlangsung oleh berbagai macam mikroorganisme pada suhu dingin dan pada berbagai nilai ph. Selanjutnya pada tanah yang hangat dan lembab dan ph sekitar netral NH4+ akan dioksidasi menjadi nitrit (NO2) dan NO3- dalam beberapa hari setelah pembentukkannya atau penambahannya sebagai pupuk disebut dengan Nitrifikasi yang berguna dalam menyediakan energi bagi kelangsungan hidup dan perkembangan mikroba tersebut (Champbell, Reece – Mitchell, 1999).
Selain itu terdapat pula denitrifikasi
yaitu suatu proses pembentukan N2, NO, N2O dan NO2 dari NO3- oleh bakteri
aneorobik yang berlangsung di dalam tanah yang penetrasi O2- nya terbatas,
tergenang, padat dan daerah dekat pemukiman tanah yang konsentrasi O2 nya
rendah karena penggunaannya yang cepat dalam oksidasi bahan organik. Tumbuhan kehilangan sejumlah kecil
nitrogen ke atmosfer sebagai NH3, N2O, NO2, dan NO terutama jika diberi pupuk
nitrogen dengan baik (Champbell, Reece – Mitchell, 1999).
1. Fiksasi Nitrogen
Fiksasi nitrogen adalah proses alam, biologis atau
abiotik yang mengubah nitrogen
di udara menjadi ammonia (NH3).
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 ( D.Dwidjoseputro, 1998) :
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 (D. Dwidjoseputro, 1998):
a. 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.
b. 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.
c. Pembakaran bahan bakar fosil : mesin mobil dan pembangkit
listrik termal, yang melepaskan berbagai nitrogen oksida (NOx).
d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2
dan O2 karena foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.
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 (D. Dwidjoseputro, 1998).
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 (D. Dwidjoseputro, 1998).
3. Amonifikasi
Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur (D. Dwidjoseputro, 1998).
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 (D. Dwidjoseputro, 1998):
1.
NH3 + CO2 +
1.5 O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O
+ H+
2.
NO2- + CO2 +
0.5 O2 + Nitrobacter → NO3-
3.
NH3 + O2 →
NO2− + 3H+ + 2e−
4.
NO2− + H2O
→ NO3− + 2H+ + 2e
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 (D. Dwidjoseputro, 1998).
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 aerobic (D. Dwidjoseputro, 1998).
Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui
beberapa kombinasi dari bentuk peralihan sebagai berikut (D. Dwidjoseputro, 1998):
NO3− → NO2− →
NO + N2O → N2 (g)
Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai
reaksi redoks (D. Dwidjoseputro, 1998):
2 NO3− +
10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O
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 anaerobic (D. Dwidjoseputro,
1998).
NH4+ + NO2− →
N2 + 2 H2O
2.2 Penambatan
Nitrogen
Proses reduksi N2 menjadi NH4 dinamakan penambatan
nitrogen. Proses ini dilakukan oleh mikroorganisme prokariotik, penambatan
nitrogen ini melibatkan bakteri tanah yang hidup bebas, sianobakteri (ganggang
hijau-biru) yang hidup dipermukaan tanah atau di dalam air, sianobakteri yang
hidup bersimbiosis dengan fungi, lumut, pakis dan bakteri yang berasosiasi
secara simbiotik dengan akar, khususnya pada tumbuhan kacangan (Drajat Sasmitamihardja, 1996).
Pada tumbuhan kacangan ini, bakteri yang berperan adalah
Rhizobium, Bradyrhizobium, dan Azhorhizobium. Semua Rhizobium adalah
bakteri aerob yang bertahan secara saprofit di dalam tanah sampai mereka
menginfeksi bulu akar. Infeksi bakteri ini menyebabkan apa yang kita
sebut bintil akar ( Drajat Sastramihardja, 1996).
Tahapan
pembentukan bintil akar tersebut sebagai berikut ( Drajat Sastramihardja, 1996) :
1. Bakteri
menginfeksi bulu akar.
2. Enzim
dari bakteri merombak dinding sel sehingga bakteri dapat masuk ke Bulu akar membentuk struktur lir- benang yang di sebut benang
infeksi , yang terdiri dari membran plasmalurus dan memenjang
dari sel yang terserang.
4. Bakteri
membelah dengan cepat di dalam benang yang menjalar , masuk dan menembus sel korteks .
5. Pada
sel korteks sebelah dalam, bakteri dilepas ke sitoplasma dan merangsang sel (khususnya sel tetraploid) untuk
membelah, yang menyebabkan proliferasi jaringan membentuk bintil akar dewasa.
Setiap bakteri yang membesar dan tidak bergerak disebut
bakteroid. Bakteroid biasanya berada di sitoplasma secara berkelompok dan
masing-masing dikeliingi oleh membran peribakteroid. Antara membran bakteroid
dan kelompok bakteroid terdapat daerah yang disebut ruang peribakteroid (Drajat
Sastramihardja,1996).
Di luar ruang peribakteroid, di sitoplasma terdapat protein
yang dinamakan leghemoglobin, yang menyebabkan bintil kacangan warnanya
merah muda. Dan diperkirakan leghemoglobin mengangkut O2 untuk bakteri (Drajat
Sastramihardja, 1996)
Penambatan Nitrogen di bintil akar terjadi secara langsung
di dalam bakteroid. Tumbuhan inang menyediakan karbohidrat bagi bakteroid, yang
akan dioksidasi sehingga diperoleh energi. Beberapa elektron dan ATP yang
diperoleh selama oksidasi di bakteroid digunakan untuk mereduksi N2 menjadi NH4 (Drajat
sastramihardja, 1996).
Reaksi penambatan nitrogen secara keseluruhan adalah sebagai
berikut, :
N2+ 8 elektron + 16 Mg ATP +16 H2O→2NH3 + H2 + 16Mg ATP + 16 Pi + 8H+ Enzim yang diperlukan adalah enzim nitrogenase (Drajat Sastramihardja,1996).
N2+ 8 elektron + 16 Mg ATP +16 H2O→2NH3 + H2 + 16Mg ATP + 16 Pi + 8H+ Enzim yang diperlukan adalah enzim nitrogenase (Drajat Sastramihardja,1996).
Tahapannya adalah sebagai berikut (Drajat
Sastramihardja,1996)
:
1.
Respirasi karbohidrad pada bakteroid
menyebabkan reduksi NAD menjadi NADH atau NADP menjadi NADPH. Oksidasi
piruvat selama respirasi menyebabkan reduksi flavodoksin.
2.
Kemudian Flavoduksin, NADH atau
NADPH mereduksi feredoksin. Nitrogenase menerima elektron dari flavodoksin
tereduksi, feredoksin atau bahan pereduksi efektif lainnya saat
mengkatalisis penambatan N2. Netrogenase terdiri dari dua protein yang
berlainan, yaitu protein Fe dan Protein Fe-Mo. Protein Fe mengandung 4 atom
besi sementara protein Fe-Mo mempunyai atom molibdenum dan 28 atom besi. Baik
molebdenun ataupun besi menjadi tereduksi, kemudian dioksidasi saat
nitrogenase menerima elektron dari feredoksin dan mengangkutnya ke N2 untuk
membentuk NH4. NH4 diangkut keluar dari bakteroid dan digunakan oleh tumbuhan inang. Di
sitosol, yang mengandung bakteroid (bagian luar membran peribakteroid)
NH4 diubah menjadi glutamin, asam glutamat, asparagin, dan ureida (alantoin dan
asam alantoat).
Faktor-faktor
yang dapat meningkatkan penambatan nitrogen antara lain (Kimball John
W., 1983):
a.
Faktor Lingkungan
Mencakup kelembaban yang cukup, suhu hangat, sinar matahari
yang terang, konsentrasi CO2 yang tinggi.
b.
Faktor Genetik
Mencakup
proses pengenalan yang dikendalikan secara genetis antara spesies bakteri dan
spesies atau varietasi tumbuhan kacangan dan kemampuan nitrogenase dari semua
organisme untuk mereduksi H+ dan persaingan dengan N2 serta tahap pertumbuhan. Pada dasarnya jumlah terbesar yang
ditambah oleh tumbuhan asli tahunan dan tumbuhan kacangan pada pertumbuhan
adalah saat perkembangan reproduksi.
2.3 Reduksi
Nitrat Menjadi Ammonium
Reaksi
kedua dari proses reduksi nitrat adalah pengubahan
nitrit menjadi NH4. Nitrit yang ada di sitosol diangkut ke dalam kloroplas
di daun atau ke dalam proplastid di akar.
Tahapan reduksi nitrit menjadi ammonium adalah sebagai berikut (Kimball John W., 1983) :
Tahapan reduksi nitrit menjadi ammonium adalah sebagai berikut (Kimball John W., 1983) :
·
Di daun, reduksi NO2 menjadi NH4
memerlukan enam elektron yang diambil dari H2O pada sistem pengangkutan elektron
non siklik, pada kloroplas selama pengangkutan elektron ini, cahaya mendorong
pengangkutan elektron dari H2O ke ferodksin (Fd).
Reaksinya adalah sebagai berikut :
3H2O + 6Fd + cahaya
------------ 15 O2 + 6H + 6Fd
·
Kemudian ferodoksin tereduksi
memberikan 6 elektron yang digunakan untuk mereduksi NO2 menjadi NH4, reaksinya sebagai berikut, :
NO2 + 6Fd
(Fe ) + 8H --------- NH4 + 6Fd
(Fe ) + H2O
·
Sehingga keseluruhan proses reduksi
nitrit menjadi amonia adalah sebagai berikut:
NO2 + 3H2O + 2H + cahaya ------- NH4 + 1,5 O2 + 2H2O
NO2 + 3H2O + 2H + cahaya ------- NH4 + 1,5 O2 + 2H2O
2.5 Perubahan
Ammonium Menjadi Senyawa Organik
Ketersediaan
NH4 yang berasal dari ( Ahmad Rukaesih, 2004):
§ Penyerapan
langsung dari tanah
§ Penambatan
fiksasi N2 oleh mikroorganisme
§ Reduksi
Amonium tidak pernah ditemukan
tertimbun di suatu tempat tertentu dalam tubuh tumbuhan karena bersifat racun.
Amonium dapat menghambat pembentukan ATP di kloroplas maupun
mitokondria karena bertindak sebagai pemecah senyawa reaksi.
Tahapan pengubahan amonium menjadi bahan organik adalah sebagai berikut (Ahmad
Rukaesih.2004)
:
Ø Semua
NH4 diubah menjadi gugus amida dari glutamin. Pengubahan ini akan membentuk
asam glutamat, asam aspartat, dan asparagin. Glutamin dibentuk dengan
penambahan satu gugus NH2 dan NH4 ke gugus karboksil terjauh dari karbon alfa
asam glutamat. Enzim yang diperlukan adalah glutamin sintase. Hidrolisis ATP
menjadi ADP dan Pi yang sangat penting mendorong reaksi lebih lanjut (reaksi 1)
Ø Enzim
glutamat sintase mengangkut gugus amida dari glutamin ke karbon karboksil asam
alfa ketoglutamat, sehingga terbentuk dua molekul asam glutamat. Proses ini
membutuhkan feredoksin yang mampu menyumbang 2 elektron yaitu feredoksin di
kloroplas dan NADH atau NADPH di proplastid sel-sel non fotosintesis (reaksi
2).
Ø Satu
asam glutamat yang dihasilkan diperlukan untuk mempertahankan reaksi (1),
glutamat yang lain dapat diubah secara langsung menjadi protein, klorofil, asam
nukleat dan sebagainya.
Ø Selain
membentuk glutamat, glutamin dapat menyumbangkan gugus amidanya ke asam
aspartat untuk membentuk asparagin. Reaksi ini membutuhkan enzim asparagin
sintase. Energi untuk mendorong reaksi diperoleh dari hidrolisis ATP menjadi
AMP dan PPi (reaksi 4).
Ø Nitrogen
dalam aspartat dapat berasal dari glutamat, dan 4 karbonnya mungkin
berasal dari axsam oksaloasetat. Oksaloasetat dibentuk dari PEP-karboksilase.
Glutamin menjadi bentuk penyimpan nitrogen utama pada
banyak tumbuhan. Glutamin banyak terdapat pada organ-organ penyimpan seperti
umbi kentang, akar bit, gula, wortel dan lobak. Sementara aspartat banyak
terdapat pada tanaman kacang-kacangan. Pada daun dewasa, glutamin sering
dibentuk dari asam glutamat dan NH4 yang dihasilkan ketika perombakan protein
mulai meningkat. Glutamin kemudian diangkut melalui floem ke daun yang lebih
muda atau ke akar, bunga, biji, atau buah. Akhirnya glutamin dapat bergabung
langsung ke protein pada semua sel dalam bentuk salah satu dari asam amino.
BAB III
PEMBAHASAN
Nitrogen adalah unsur yang diperlukan untuk
membentuk senyawa penting di dalam sel, termasuk protein, DNA dan RNA.
Tanaman harus mengekstraksi kebutuhan nitrogennya dari dalam tanah.
Sumber nitrogen yang terdapat dalam tanah, makin lama makin tidak mencukupi
kebutuhan tanaman, sehingga perlu diberikan pupuk sintetik yang merupakan
sumber nitrogen untuk mempertinggi produksi. Keinginan menaikkan produksi
tanaman untuk mencukupi kebutuhan pangan, berakibat diperlukannya pupuk dalam
jumlah yang banyak. Industri pupuk yang ada belum dapat memenuhi kebutuhan
pupuk yang semakin meningkat. Untuk itu perlu dicari pupuk nitrogen
alternatif dan rekayasa gen hijau kelihatannya dapat memberikan harapan untuk
memenuhi kebutuhan pupuk di masa yang akan datang.
Udara yang menyelubungi bumi mengandung gas nitrogen
sebanyak 80 %, sebahagian besar dalam bentuk N2 yang tidak dapat
dimanfaatkan. Tanaman dan kebanyakan mikroba tidak mempunyai cara untuk
mengikat nitrogen menjadi senyawa dalam selnya. Tanaman dan mikroba
umumnya mendapatkan nitrogen dari senyawa seperti ammonium (NH4+) dan nitrat
(NO3-). Untuk memanfaatkan nitrogen dalam bentuk gas, pakar bioteknologi
memusatkan perhatiannya pada hubungan antara tanaman dengan jenis mikroba
tertentu yang dapat menambat nitrogen dari udara dan menyusun atom
nitrogen kedalam molekul ammonium, nitrat, atau senyawa lain yang dapat
digunakan oleh tumbuhan.
Tanaman kacang-kacangan seperti buncis, kedelai,
akarnya mempunyai bintil-bintil berisi bakteri yang mampu menambat nitrogen
udara, sehingga nitrogen tanah yang telah diserap tanaman dapat
diganti. Simbiosis antara tanaman dan bakteri saling menguntungkan
untuk kedua pihak. Bakteri mendapatkan zat hara yang kaya energi dari
tanaman inang sedangkan tanaman inang mendapatkan senyawa nitrogen dari bakteri
untuk melangsungkan kehidupannya.
Bakteri penambat nitrogen yang terdapat didalam akar
kacang-kacangan adalah jenis bakteri Rhizobium. Bakteri ini masuk
melalui rambut-rambut akar dan menetap dalam akar tersebut dan membentuk bintil
pada akar yang bersifat khas pada kacang-kacangan. Belum diketahui
sepenuhnya bagaimana rhizobium masuk melalui rambut-rambut akar, terus ke dalam
badan akar dan selanjutnya membentuk bintil-bintil akar.
Untuk menambat nitrogen, bakteri ini menggunakan enzim
nitrogenase, dimana enzim ini akan menambat gas nitrogen di udara dan
merubahnya menjadi gas amoniak. Gen yang mengatur proses penambatan ini
adalah gen nif (Singkatan nitrogen-fixation). Gen-gen nif ini berbentuk
suatu rantai, tidak terpencar kedalam sejumlah DNA yang sangat besar yang
menyusun kromosom bakteri, tetapi semuanya terkelompok dalam suatu
daerah. Hal ini memudahkan untuk memotong bagian untaian DNA yang sesuai
dari kromoson Rhizobium dan menyisipkanya ke dalam mikroorganisme lain.
Dengan rekayasa genetik telah berhasil ditransfer gen nif dari bakteri Rhizobium
kedalam bakteri Escherechia coli, sehingga E. coli mampu untuk
menambat nitrogen. Dalam percobaan ini tidak menggunakan gen Rhizobium,
tetapi gen nif yang berasal dari Klebsiella pneumoniae, yang merupakan bakteri
tanah yang hidup bebas pada tanaman inang. Bakteri ini mempunyai lebih
kurang 17 gen nif dan gen nif ini dapat ditransfer ke bakteri lain.
Fenomena ini memberi harapan di masa yang akan datang untuk mentransfer gen-gen
tadi ke dalam gen bakteri yang terdapat diperakaran gandum dan
padi-padian yang diketahui tidak dapat menambat nitrogen.
BAB IV
KESIMPULAN
Nitrogen adalah unsur yang diperlukan untuk
membentuk senyawa penting di dalam sel, termasuk protein, DNA dan RNA.
Tanaman harus mengekstraksi kebutuhan nitrogennya dari dalam tanah.
Sumber nitrogen yang terdapat dalam tanah, makin lama makin tidak mencukupi kebutuhan
tanaman, sehingga perlu diberikan pupuk sintetik yang merupakan sumber
nitrogen untuk mempertinggi produksi. Untuk menambat nitrogen, bakteri ini
menggunakan enzim nitrogenase, dimana enzim ini akan menambat gas nitrogen di
udara dan merubahnya menjadi gas amoniak. Gen yang mengatur proses
penambatan ini adalah gen nif (Singkatan nitrogen-fixation). Gen-gen nif
ini berbentuk suatu rantai, tidak terpencar kedalam sejumlah DNA yang sangat
besar yang menyusun kromosom bakteri, tetapi semuanya terkelompok dalam suatu
daerah. Hal ini memudahkan untuk memotong bagian untaian DNA yang sesuai
dari kromoson Rhizobium dan menyisipkanya ke dalam mikroorganisme lain.
DAFTAR PUSTAKA
Champbell,
Reece – Mitchell, 1999, Biologi Edisi Kelima (Terjemahan), Erlangga, Jakarta.
Dwidjoseputro, 198, Ekologi Manusia dan Lingkunghannya, Erlangga, Jakarta.
Dwidjoseputro, 198, Ekologi Manusia dan Lingkunghannya, Erlangga, Jakarta.
Dwidjoseputro,
D. 1998, Pengantar Fisiologi, Tumbuhan, Gramedia, Jakarta.
John
W. Kimball, 1983,
Biologi, Erlangga,
Jakarta.
Rukaesih
Ahmad, 2004, Kimia Lingkungan, Erlangga,
Jakarta.
Sasmitamihardja,
Dardjat. 1996. Fisiologi Tumbuhan. Proyek Penidikan Tenaga Akademik, Direktorat
Jendral Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan dan kebudayaan.
0 komentar:
Posting Komentar