LAPORAN PRAKTIKUM
MIKROBIOLOGI TANAH
Acara: 3
AMONIFIKASI
Nama :
Luqman
NIM :
H14109050
Kelompok :
3
Asisten :
Wiwin dan Rino Saputra
\
Jurusan Biologi
Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas
Tanjungpura
Pontianak
2012
5. Akasia
Akasia dikenal sebagai dengan nama Acacila auriculiformis, yang
termasuk suku Mimosaceae. Jenis ini berupa pohon yang dapt mencapai tinggi 15
cm dengan penampang batang dapat sampai 50 cm. Batangnya umumnya
bengkok-bengkok dengan banyak percabangan. Kulit luarnya berwarna kelabu coklat
dengan ulur sempit dan dangkal. Daun tunggal yang berbentuk bulan sabit
merupakan daun semu,daun sejatinya berupa daun majemuk yang menyirip. Bunganya
tersusun dalam bentuk bulir yang keluar dair ketiak daunnya. Masing-maing bunga
berukuran kecil yang secara menyeluruh tidak menarik. Polongnya terpilih,
berbiji gepeng, berwarna hitam. Akasia berasal dari kepululauan Kei, Irian
jaya, Papua Nugini dan Australia Utara. Di Jawa jenis ini banyak ditanam di
kota-kota besar sebagai tanaman peneduh jalan atau sebagai jalur hijau.
Tumbuhnya sangat baik di tanah rendah dan tempat-tempat dengan ketinggian
sampai 600 m dpl. Umumya tanaman ini tahan terhadap kekeringan yang tidak
terlampau keras dan masih dapat tumbuh di tempat-tempat yang tanahnya cukup
miskin akan unsure hara. Oleh dinas kehutanan jenis ini ditanam untuk
penghijauan tanah-tanah keritis (Setijati, 1979).
Dari hasil listing Sensus Pertanian 2003 (ST03) menunjukkan bahwa di
Indonesia tercatat sekitar 1,2 juta rumah tangga yang mengusai tanaman akasia
dengan populasi pohon yang dikuasai mencapai 32,02 juta pohon atau rata-rata
penguasaan per rumah tangganya sebesar 27,24 pohon. Dari total sebanyak 32,02
juta pohon akasia , sekitar 12,06 juta pohon atau 37,69 persen diantaranya
adalah merupakan tanaman akasia yang siap tebang Apabila diamati lebih lanjut,
ternyata tanaman akasia lebih banyak di tanam di Jawa yaitu mencapai 22,61 juta
pohon atau sekitar 70,62 % dari total populasi pohon di Indonesia, sedangkan
sisanya sekitar 9,41 juta pohon (29,38 %) berada di luar Jawa. Tanaman akasia
di Jawa terkonsentrasi di empat propinsi berturut-turut adalah di Jawa Timur
(21,59 %), Jawa Tengah (19,69 %), Jawa Barat (13,86 %) dan D.I Yogyakarta
(12,21 %), sementara di Luar Jawa di Sumatera Selatan (7,20 %) dan Lampung
(5,04 %). Meskipun persentase jumlah rumah tangga yang menguasai tanaman akasia
di Jawa jauh lebih besar dibanding di Luar Jawa yaitu mencapai 75,85 persen
dari total Indonesia, tetapi rata-rata pengusaan tanaman per rumah tangga di
Jawa hanya sekitar 25,36 pohon lebih rendah dibanding dengan rata-rata
pengusaan per rumah tangga di Luar Jawa yang mencapai 33,14 pohon. Demikian
juga dengan kondisi tanaman, di Jawa persentase tanaman akasia yang siap tebang
terhadap total jumlah pohon seluruhnya hanya 34,19 persen sedangkan di Luar
Jawa persentasenya mencapai 46,12 persen ( Department kehutanan, 2004).
Di alam, Nitrogen terdapat dalam bentuk senyawa organik seperti urea,
protein, dan asam nukleat atau sebagai senyawa anorganik seperti ammonia,
nitrit, dan nitrat.
Tahap pertama
Daur nitrogen adalah transfer nitrogen dari atmosfir ke dalam tanah. Selain
air hujan yang membawa sejumlah nitrogen, penambahan nitrogen ke dalam tanah
terjadi melalui proses fiksasi nitrogen. Fiksasi nitrogen secara biologis dapat
dilakukan oleh bakteri Rhizobium yang bersimbiosis dengan polong-polongan,
bakteri Azotobacter dan Clostridium. Selain itu ganggang hijau biru dalam air
juga memiliki kemampuan memfiksasi nitrogen.
Tahap kedua
Nitrat yang di hasilkan oleh fiksasi biologis digunakan oleh produsen
(tumbuhan) diubah menjadi molekul protein.
Selanjutnya jika tumbuhan atau hewan mati, mahluk pengurai merombaknya
menjadi gas amoniak (NH3) dan garam ammonium yang larut dalam air (NH4+).
Proses ini disebut dengan amonifikasi. Bakteri Nitrosomonas mengubah amoniak
dan senyawa ammonium menjadi nitrat oleh Nitrobacter. Apabila oksigen dalam
tanah terbatas, nitrat dengan cepat ditransformasikan menjadi gas nitrogen atau
oksida nitrogen oleh proses yang disebut denitrifikasi.
METABOLISME NITROGEN
VI. DAUR NITROGEN
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
Gambar 2 Skema Daur Nitrogen
Bagfian 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 :
2.
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.
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 25-300C 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.
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 N2 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.
1.
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.
2.
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 2NH3
HC = CH ------reduksià H2N = CH3
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 N2 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
N2. 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
N2 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.
Nitrifikasi
Nitrogen atmosfer memasuki sistem tanah, selanjutnya
melalui berbagai tahapan proses sebagian dari nitrogen tersebut dibebaskan
dalam danah sebagai ion amonium.
N-amonium yang masuk ke dalam tanah digunakan oleh jazad amonifikasi dan
jazad mikro lain yang dapat menggunakan senyawa tersebut, sebagian diserap oleh
tanaman, serta sebagian lagi diikat oleh meneral liat. Selebihnya akan segera
dioksidasi oleh bakteri-bakteri tertentu untuk mendapatkan nitrogen dan
energinya. Yang terakhir ini dikenal sebagai nutrifikasi karena hasil akhirnya
adalah N-nitrat. Nutrifikasi merupakan tahapan mineralisasi nitrogen sesudah
amonifiksi.
Pembentukan nirat merupakan proses kimia alami, yaitu
reaksi antara oksigen dan amonium daerah tanah sebagai katalisatornya. Pada
tahun 1862, Pasteur mengfajukan hipotesis bahwa pembentukan nitrat tersebut
adalah proses biologi yang analog dengan pembentukan alkohol menjadi cuka.
Nitrogen
(N) diperlukan oleh semua organisme untuk sintesa protein, asam
amino,
asam nukleat dan senyawa organik lain yang mengandung N. Keberadaan
nitrogen
hampir 80% dari atmosfir dunia. dan diduga setiap are tanah subur
mengandung
lebih dari 30.000 ton N2. Karena
sebagian besar keberadaan nitrogen
dalam
bentuk molekul gas, maka tidak satupun organisme eukaryotik mampu
menggunakannya
secara langsung. Akan tetapi, N2 harus
bersenyawa dengan
unsur
lain seperti oksigen membentuk NO3- (ion
nitrat) dan hidrogen membentuk
NH4+
(ion amonium) agar bisa dimanfaatkan oleh organisme. Kedua bentuk
senyawa
ion di atas dapat digunakan oleh organisme yang bersifat autotrof.
Nitrogen
yang terdapat dalam tanah sebagian besar berupa senyawa organik
hasil
pembusukan organisme (tumbuhan, hewan, dll), sedangkan lainnya berasal
dari
pclarutan batuan, air hujan (dalam bentuk nitrat, amonia) serta aktivitas
gunung
berapi. Beberapa proses kimia dan fisika dalam tanah, air
dan udara,
serta
bersama-sama dengan aktivitas beberapa mikroorganisme tertentu
memainkan
peranan penting untuk menjaga keberadaan (pengasimilasian dan
pengubahan)
molekul nitrogen di alam dalam bentuk yang siap digunakan
oleh
tumbuhan dan organisme lainnya. Semua proses dan kejadian tersebut di
atas
berlangsung dalam suatu siklus yang disebut siklus nitrogen (gambar
4.1).
Salah satu proses yang terjadi adalah peristiwa penambatan (fiksasi) N2
Gambar
4.1 Siklus Nitrogen (sumber: Enger & Ross, 2003)
|
Selama
fase awal daur nitrogen, gas nitrogen dikonversi menjadi ammonia
dengan
bantuan mikroorganisme tertentu, yang prosesnya dikenal dengan istilah
fiksasi
nitrogen. Proses ini dapat dilakukan oleh dua jenis bakteri yang termasuk
dalam
kelompok bakteri non-simbiotik dan simbiotik.
Bakteri
pengikat N2 yang non-simbiotik dalam populasinya yang tinggi
ditemukan
pada rhizosphere, daerah tempat terjadinya persentuhan antara
akar
dan tanah. Azotobacter (bersifat aerob) adalah salah satu contoh bakteri
yang
non-simbiotik. Beberapa contoh yang lain adalah Beijerinckia (obligate
aerob),
Clostridium; C. fasteurianum (anaerob), dan Klebsiella, Enterobacter,
Bacillus
termasuk kelompok yang bersifai fakultative anaerob. Contoh dari jenis
bakteri
yang fotoautotrop adalah spesies tertentu yang termasuk dalam
kelompok
Rhodospirillum dan Chlorobium. Beberapa spesies yang tennasuk ke
dalam
Cyanobacteria (bersifat aerob) juga mampu mengikat N2
bebas karena
memiliki
enzim nitrogenase dalam struktur khusus yang disebut heterocysts, yang
memiliki
kondisi anaerob untuk fiksasi.
Semua
kelompok bakteri di atas memberikan kontribusi penting
untuk
penyediaan nitrogen pada daerah hutan basah, padang rumput dan daerah
tundra.
Penambatan nitrogen secara simbiotik memiliki peranan yang sangat
penting
untuk pertumbuhan tanaman produksi. Beberapa jenis bakteri dari
genus
Rhizobium dan Bradyrhizohuim dapat melakukan penambatan gas
nitrogen
dengan
cara
bersimbiosis
dengan
tanaman
polong-polongan
(Leguminosae),
seperti kedelai, buncis, kacang tanah, kacang ijo, alfalfa (sejenis
tanaman
polong untuk makanan kuda dan sapi di USA) dan .semanggi. Bertolak
dari
hal di atas, maka penambatan nitrogen sangat tergantung dari hubungan
simbiotik
antara Leguminosae dengan strain Rhizobium yang efektif. Jumlah N2
yang
tertambat dipengaruhi secara genetik baik oleh Rhizobium maupun inang
tanaman
yang spesifik. Oleh karena itu bintil akar tanaman Leguminosae
mungkin
gagal berkembang atau sebaliknya sangat efektif di dalam tanah.
Bintil
akar adalah hasil simbiosis tanaman dari jenis Leguminosae dengan
Rhizobium
yang mampu melakukan penambatan N2. Bintil
akar terbentuk melalui
serangkaian
proses yang diawali kolonisasi bakteri Rhizobium pada rambut akar
(gambar
4.2).
Gambar
4.2 Proses terjadinya bintil akar
Kolonisasi
bakteri Rhizobium ini diduga
bisa terjadi karena adanya suatu
protein
tanaman yang disebut "lektin" yang rnungkin berinteraksi dengan
Rhizobium
spesiifik sehingga memungkinkan tanaman untuk mengenal dan
menerima
tipe Rhizobium yang cocok. Sebagai contoh, menurut Bhuvaneswari
dan
Bauer (1978) reseptor lektin spesifik pada permukaan sel B. japonicum,
dikondisikan
oleh lingkungan yang diberikan oleh akar tanaman inang.
Rhizobium
masuk tumbuhan inang melalui rambut akar yang kemudian
berubah
bentuk karena substansi seperti hormon yang dihasilkan oleh bakteri.
Kemudian
bakteri bermigrasi ke dalam struktur seperti benang, memperbanyak
diri
yang pada akhirnya bakteri tersebut tersebar di sepanjang rambut akar
sampai
ke jaringan akar.
Kolonisasi
sel-sel akar dalam jaringan tanaman inang terjadi apahila
bakteri
dibebaskan dari benang infeksi dan hal ini melibatkan enzim pektinase dari
Rhizobium
dan selulase dari sel tanaman. Dalam perkembangannya bakteri
secara
terus menerus mengalami modifikasi baik struktur maupun fungsi dan
menjadi
bakteroid yang kaya enzim nitrogenase, suatu enzim yang mampu
mengikat/menambat
nitrogen. Satu atau beberapa bakteroid dilindungi oleh
struktur
bermembran yang mungkin merupakan tempat terbentuknya pigmen
merah,
leghaemoglobin. Pigmen ini menentukan ciri warna bintil akar yang aktif
menambat
nitrogen.
Penambatan
nitrogen umumnya mencapai puncak pada awal pengisian
|
polong
dan menurun selama akhir fase reproduktif (Keyser dan Fudi, 1992).
Sebaliknya
pada biji kedele yang mengandung 40% protein, menurut Salisbury
(1992)
bahwa kira-kira 90% penambatan nitrogennya berlangsung selama periode
perkembangan
reproduktif dan kira-kira 10% terjadi selama dua bulan pertama
pertumbuhan
vegetatif. Bray (1993) mengatakan bahwa sistem simbiotik
mampu
menambat nitrogen apabila memenuhi 3 persyaratan pokok seperti :
1.
adanya bintil akar;
2.
terjadinya diferenensiasi bakteri menjadi bakteroid;
3.
menghasilkan leghaemoglobin
Selain
hal tersebut di atas, menurut Sprent (1979) faktor lingkungan juga
dapat
mempengaruhi penambatan nitrogen pada tanaman jenis legum seperti
temperatur,
kelembaban, air, salinitas, pH, nutrien dan adanya bakteri Rhizobium
yang
cocok.
Keseluruhan
reaksi kimia penambatan nitrogen adalah sebagai berikut.
N2
+ 8e- + 6 Mg ATP + 16 H2O
2
NH3 + H2 + 16 MgADP + 16 Pi + 8 H+
Proses
tersebut membutuhkan sumber elektron dan proton, molekul ATP,
kompleks
enzim nitrogenase. Sumber elektron dan proton berasal dari
karbohidrat
yang ditranslokasikan dari daun kemudian di respirasikan oleh bakteri.
Respirasi
karbohidrat dalam bakteroid menyebabkan reduksi NAD+
menjadi
NADH
atau NADP+ menjadi NADPH dan juga terjadi reduksi flavodoksin. NADH,
NADPH
dan flavodoksin kemudian mereduksi feredoksin atau protein yang
sama
yang efektif mereduksi N2 menjadi
NH4+
NH4+
yang terbentuk akan ditranslokasikan dari bakteroid sebelum
dapat
dimetabolisme dan digunakan oleh tanaman inang. Dalam sitosol
sel-sel
yang mengandung bakteroid, NH4+ diubah
menjadi glutamin, asam
glutamat
dan asparagin, sedangkan pada beberapa spesies tertentu NH4+
dapat
diubah
menjadi senyawa-senyawa kaya nitrogen yang disebut ureida. Dua
macam
ureida pokok pada tanaman legum adalah allantoin dan asam allantoik.
Asparagin
dan ureida, lewat sel transfer masuk ke dalam saluran xilem kemudian
diangkut
ke akar dan batang. Di sini senyawa-senyawa tersebut dipecah kembali
menjadi
NH,+ dan secara cepat diubah menjadi asam-asam amino, amida dan
protein.
|
4.2 Reduksi Nitrat
Secara
umum reduksi nitrat mengikuti reaksi seperti di bawah ini:
NO3_
+ 8e+10H +
NH4+
+ H2O
Meski
demikian, pada dasarnya reaksi di atas berlangsung dalam dua tahap
dengan
bantuan enzim yang berbeda. Tahapan reaksinya adalah sebagai berikut.
1.
Reduksi nitrat : NO3- + NADH + H+
NO2-+
NAD+ + H2O
Reaksi
ini berlangsung di dalam plasma dengan bantuan. enzim nitrat reduktase
(NR).
Enzim ini merupakan enzim molibdoflavoprotein yang mampu mengatur
kecepatan
pembentukan protein pada tumbuhan yang menggunakan NO3-
sebagai
sumber nitrogennya.
2.
Reduksi nitrit : NO2- + 3 H2O
+ 6Fd + 2 H+
cahaya
NH4+
+ 1,5 O2 +2 H2O
+ 6Fd
Reaksi
di atas terjadi pada kloroplas (pada daun) atau pada proplastida (pada
akar)
dengan enzim nitrit reduktase sebagai katalisnya.
Reduksi
nitrat yang dikatalis oleh NR sangat tergantung dari aktivitas NR
tersebut
dan aktivitas NR itu sendiri ditentukan oleh konsentrasinya. Kadar NO3"
yang
tinggi dalam sel dan cahaya juga dapat memacu aktivitas NR. Peranan
cahaya
terhadap aktivitas NR dapat melalui beberapa cara, antara lain :
1.
cahaya dapat mengaktifkan fotosintesis sehingga dihasilkan ATP untuk
menggerakkan
NO3 dari vakuola ke plasma.
2.
cahaya mengaktifkan sistem fitokrom yang berperan menaikkan
kemampuan
ribosom membuat protein (termasuk NR).
3.
cahaya menginaktifkan protein yang bersifat inhibitor bagi NR.
4.
cahaya menaikkan penyediaan karbohidrat dan proses respirasi, dimana
dari
proses ini dihasilkan NADH yang diperlukan untuk proses reduksi.
Selain
kedua proses (fiksasi N dan reduksi nitrat) di atas, dalam siklus
nitrogen juga terjadi beberapa proses fisika/kimia lainnya,
seperti amonifikasi,
nitrifikasi
dan denitrifikasi.
4.2.1 Amonifikasi
Sebagian
besar keberadaan N2 di dalam tanah dalam
bentuk molekul
inorganik.
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
(NH3) dan proses ini disebut amonifikasi
Amonifikasi
dibantu oleh beberapa mikroorganisme seperti
bakteri
dan
jamur.
Kedua proses di atas secara sederhana dapat digambarkan sebagai
berikut.
mikroba
pengurai
Protein
dari organism mati
dan
sampah produksi
Bakteri
/Jamur
Asam
amino (Deaminasi)
Asam
amino
Amonia
(NH3)
(Amonifikasi)
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 (NH4+ ).
Reaksinya sebagai berikut.
NH3
+ H20
NH4+
OH
NH4+
+ OH-
Selanjutnya
ion amonium dapat digunakan oleh bakteri dan tumbuhan
untuk
sintesa asam amino. Walaupun demikian, pemanfaatan nitrogen oleh
kebanyakan
tumbuhan umumnya dalam bentuk NO3- karena
NH4+ akan
dioksidasi
menjadi NO3- oleh bakteri nitrifikasi. Disamping itu
ammonium/amonia
ini
bersifat racun bagi tumbuhan dan dapat menghambat pembentukan ATP di
kloroplas
dan mitokondria.
4.2.2 Nitrifikasi
Nitrifikasi
merupakan proses oksidasi ion amonium menjadi nitrat(NO3-).
Proses
ini dilakukan oleh bakteri autotrof yang termasuk ke dalam genus
Nitrosomonas
dan Nitrobacter. Nitrosomonas akan mengoksidasi ion amonium
menjadi
nitrit (NO2-) dan selanjutnya Nitrobacter akan
mengoksidasi nitrit (NO2-)
menjadi
nitrat (NO3-).
Tumbuhan
cenderung menggunakan nitrat (NO3-) 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.
|
|
|
|
4.2.3 Denitrifikasi
Dalam
beberapa tahap selama berlangsungnya siklus nitrogen, terjadi
pembebasan
dan pengikatan N2 bebas (atmospheric
nitrogen). Terlepasnya N2
bebas
akibat suatu proses yang terjadi dalam siklus nitrogen disebut
denitrifikasi,
yang pada dasamya adalah konversi nitrat menjadi gas nitrogen.
NO3-
NO2-
N
20
N
2
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
N2 ke atmosfer dari senyawa nitrat.
4.3 Sintesa Asam Amino
Asam
amino merupakan senyawa organik dengan ukuran molekulnya yang
kecil,
mempunyai gugus NH dan COOH sehingga dapat bersifat asam atau basa
tergantung
pada pH lingkungannya. Selain dua jenis gugus di atas, beberapa
asam
amino juga mengandung gugus SH, OH, atau CONH. Asam amino
biasanya
ditemukan berdiri sendiri (bebas) dalam sel atau bersenyawa dengan
asam
amino lain membentuk protein.
Tumbuhan
dan mikroorganisme mampu mensintesis 20 asam amino
standar,
tetapi hewan tingkat tinggi dari kelompok mammalia tidak mampu
mensintesis
ke-20 asam amino tersebut. Oleh karena itu keperluan asam
amino
tersebut diperoleh dari jenis makanan yang dikonsumsinya. Asam amino
yang
tidak dapat disintesis tersebut termasuk ke dalam kelompok asam amino
esensial,
sedangkan sisanya yang dapat disintesis disebut asam amino non-
esensial.
Manusia tidak mampu mensintesis beberapa asam amino, yang
termasuk
ke dalam asam amino esensial, seperti Histidin (His), Isolesin (lie), Lesin
(Leu),
Lisin (Lys), Metionin (Met), Fenilalanin (Phe), Triptofan (Trp), Treonin (Thr),
dan
Valin (Val). Sedangkan yang ternasuk dalam kelompok non-esensial
adalah
Alanin (Ala), Arginin (Arg), Asam aspartat (Asp), Asparagin (Asn), Sistein
(Cys),
Glutamin (Gin), Asam glutamat (Glu), Glisin (Gly), Prolin (Pro), Serin (Ser),
|
|
|
dan
Tirosin (Tyr).
Proses
biosintesis asam amino bermacam-macam dan biasanya bervariasi
antara
satu organisme dengan organisme yang lain, tetapi semuanya memiliki
ciri-ciri
yang umum yaitu merupakan turunan dari suatu daur metabolisme seperti
siklus
asam sitrat, glikolisis atau pentosa phosfat. Berdasarkan hal mi, rnaka
asam
amino
dapat
dikelompokkan
menjadi
enam
berdasarkan
cara
biosintesisnya
yang tergantung dari siklus metabolisme mana kelompok asam
amino
tersebut di turunkan/disintesis (gambar 4.3).
Gambar
4.3 Pengelompokan asam amino berdasarkan cara biosintesisnya
Kelompok
utama asam amino selalu dihasilkan dari proses
transaminasi
glutamat
Meskipun demikian, sintesis asam amino asam
glutamat, asam aspartat,
dan
alanin terjadi dari reaksi aminasi reduksi.
Transaminasi merupakan reaksi
dapat
balik.
Contoh
reaksi
transaminasi
yang
paling
terkenal
adalah
transfer/pemindahan
gugus
amino
antara
glutamat
dan
oksaloasetat
|
menghasilkan
α-ketoglutarat dan aspartat, seperti terlihat di bawah ini.
COOH
COOH
COOH
COOH
H
C
NH2
+
C
O
C
O
+
H
C
NH2
CH
2
CH
2
COOH
Asam
glutamat
CH2
COOH
Asam
oksaloasetat
CH2
CH2
COOH
Asam á-ketoglutarat
CH2
CH2
COOH
Asam
asparatat
Pada
suatu rangkaian percobaan yang telah dilakukan menunjukkan
bahwa
glutamat dapat memberikan gugus aminonya untuk pembentukan 17 asam
amino
yang berbeda.
Tipe
transaminasi yang lain adalah glutamin atau asparagin bertindak sebagai
donor
gugus amino, seperti berikut ini.
transaminase
glutamin
+ asam α-ketoglutarat
asam
α-ketoglutarat-amida + asam α amino
Asam
α-ketoglutarat-amida + H2O
asam
α-ketoglutarat
+
NH3
Reaksi
aminasi reduksi untuk pembentukan asam glutamat dari asam
α-
ketoglutarat
memerlukan ion amonium. Reaksi ini dapat balik dan secara
fisiologis
penting dalam respirasi asam amino yang terbentuk selama
penguraian
protein. Pembentukan asam glutamat dikatalisis oleh enzim
glutamat
dehidrogenase dan prosesnya terjadi di mitokondria.
COOH
COOH
C=O
HC
NH2
C
H2
+
NH4+
+ NADH2
C
H2
+
NAD + H2O
C
H2
C
H2
COOH
Asam
α-ketoglutarat
COOH
Asam
glutamate
|
Asam
aspartat
dan
Alanin
masing-masing
terbentuk
dari
asam
oksaloasetat
dan asam piruvat. Reaksi pembentukan kedua jenis asam amino di
atas
dapat digambarkan sebagai berikut.
dehidrogenase
(i)
asam oksaloasetat + NH4 + NADH
2
asam
aspartat + NAD + H 2O
(ii)
asam piruvat + NH4+ + NADH2
alanin
dehidrogenase
alanin
+ NAD + H2O
|
|
0 komentar:
Posting Komentar