Nitrogen 2

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Nitrogen merupakan salah satu unsur yang paling luas penyebarannya di alam.

Sekitar 3,8×1015 ton N2-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 N2-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 (NH4+ dan

NO3-) 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 N2 hasil

denitrifikasi nitrat, keduanya merupakan sumber utama N2-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

Untuk mengetahui definisi Nitrogen

Untuk mengetahui berbagai macam proses siklus nitrogen

Untuk mengetahui metabolisme nitrogen

Untuk mengetahui ketersediaan nitrogen dalam tanaman

Biokimia Tanaman-Nitrogen Page 1

Untuk mengetahui gejala yang terjadi pada tanaman akibat kelebihan

dan kekurangan nitrogen

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.

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.

1. Penambatan gas nitrogen (N2)

Simbiosis (Rhizobium,BGA)

Non simbiosis (Azorobacter, Azospirilum).

2. Amonnifikasi nitrogen seluler (Pseudomonas, Bacillus,Proteus)

3. Nutrifikasi a (Nitrosomonas,Notrosococcus), b (Nitrobacter,Nitrococcus)

4. Denitrifikasi (Pseudomonas,Nitrococcus)

5. Mineralisasi


http://1.bp.blogspot.com/-L0MJrvDzUA4/Tl3ZbFjTBVI/AAAAAAAAAhg/tAIqioP6A3M/s1600/320px-Nitrogen_Cycle.svg.png

6. Imobilisasi

7. Petir

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.

Ada dua cara yang baik untuk mengukur perubahan nitrogen/penambatan

nitrogen adalah :

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 ------reduksi 2NH3

HC = CH ------reduksi 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.

2.2.1. 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 :

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 :

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.

2.2.2. 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.

a. 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 :

o Memerlukan cadangan sumber energi

o Energi berasal dari fotosintesis

o Reaksi terjadi pada jaringan dan kompartemen sel yang berbeda.

o 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.

o 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.

Asimilasi Amonium

Sementara nitrat dapat disimpan dalam vakuola tanpa efek

yang merugikan, amonium dan khususnya amonia mitra

keseimbangannya [NH3 (yang larut dalam air) = NH4+ + 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-N2.

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 ( NH4),

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 (-NH2) 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.

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.

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 CO2 diberi label

radiokatif akan segera menggabungkan C berlabel menjadi

glutamat, asapartat, alanin, serin, dan glisin.

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 N2

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 (NH3) 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 (NH4+ ).

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/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.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

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

(NO3-). Proses ini dilakukan oleh bakteri autotrof yang termasuk ke dalam

genus Nitrosomonas dan Nitrobacter. Nitrosomonas akan mengoksidasi

ion ammonium 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.

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:

NO3− → NO2

− → NO + N2O → N2 (g)

Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai reaksi

redoks:

2 N O3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O

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. 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.

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- NH3 + 2H2O + OH-

Beberapa bakteri menggunakan nitrat sebagai penerima elektron pada kondisi

anaerobik (respirasi nitrat) dan menghasilkan gas-gas nitrogen (N2 dan NOx),

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.

1. 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

2. 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 +) .

3. 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

4. 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


5. Fiksasi nitrogen oleh energi yang tinggi yang tersedia dari petir yang

cukup untuk memperbaiki atmosfer nitrogen nitrat

6. Haber-Bosch: ini adalah sepenuhnya proses buatan yang digunakan dalam

pembuatan pupuk amonium – tetapi karena kontribusi terhadap total

fiksasi nitrogen atmosfer sering termasuk

7. 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 :

Berperan dalam pertumbuhan vegetatif tanaman.

Memberikan warna pada tanaman,

Panjang umur tanaman

Penggunaan karbohidrat.

Dll.

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.

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.

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

Katalis: enzim aminotransferase.


Mentransfer gugus amino ke α-ketoglutarate hasilnya: asam keto +

glutarate.

Enzim aminotransferase.

o Koenzim: piridoksal fosfat.

o Yg ada pada seluruh jaringan:

1. Alanin transaminase

Piruvat + asam α-amino jadinya: L-alanin + Asam α-keto.

2. 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:

o Dioksidasi pada siklus krebs.

o Digunakan untuk glukoneogenesis.

o Diubah menjadi asam lemak.

Enzimnya glutamate dehidrogenase:

o Reversibel.

o Sebagai enzim pengendali.

o Inhibitor alosterik: ATP, GTP, NADH.

o Aktivator alosterik: ADP, GDP.

o Didapat di berbagai jaringan dalam sitoplasma dan mitokondria.

Enzimnya glutamate dehidrogenase:

2.9.3. Siklus Urea

Ammonia yang toxic (NH3) diubah menjadi ammonium ion (NH4+).

NH4+ diubah di liver jadi urea.

Urea terdiri dari 2 NH2:

o 1 dari NH4+.

o 1 dari aspartate.

Urea diekskresikan ke urin.


Jika asam amino berlebihan:

Untuk sintesis protein.

Untuk sintesis produk khusus.

Kalau masih sisa, dikatabolisme:

o N untuk urea.

o Kerangka karbon untuk senyawa amfibolik (bisa dipecah jadi

energi atau sintesis glukosa).

o Senyawa amfibolik yang terbentuk dapat digunakan untuk sintesis

lemak dan glikogen.

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:

Melalui hujan dan debu nitrogen.

Melalui fiksasi nitrogen, yang dilakukan oleh mikroba prokariotik dengan

kemampuan mengubah N2 menjadi senyawa yang dapat digunakan untuk

mensintesis senyawa organik bernitrogen seperti asam amino.

Sumber utama:

– 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).

3.2. Saran


DAFTAR PUSTAKA

Campbell, N.A, J.B Reece, L.G.Mitchell. 2003. Biologi Edisi Kelima jilid II.

Jakarta:Erlangga.

Hanafiah, Kemas Ali. 2007. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Jakarta: Rajawali Press.

Miftahudin, et.al. 2008. Fisiologi Tumbuhan Dasar. Bogor: Departemen Biologi

FMIPA IPB.


Documents

Nitrogen 2