NITROGEN REDUCTION & ASSIMILATION

  • View
    124

  • Download
    2

Embed Size (px)

DESCRIPTION

NITROGEN REDUCTION & ASSIMILATION. Asimilasi & Reduksi Nitrogen. Organisme hidup mengandung sejumlah besar nitrogen yang tergabung dalam protein, asam nukleat dan banyak biomolekul lain. Nitrat diassimilasi dalam daun dan juga akar - PowerPoint PPT Presentation

Transcript

  • NITROGEN REDUCTION & ASSIMILATION

    KRT-2011

  • Asimilasi & Reduksi NitrogenOrganisme hidup mengandung sejumlah besar nitrogen yang tergabung dalam protein, asam nukleat dan banyak biomolekul lain. Nitrat diassimilasi dalam daun dan juga akarUmumnya pada tanaman herba, assimilasi nitrat terutama terjadi dalam daun, meskipun asimilasi nitrat juga sering terjadi dalam akar pada saat awal pertumbuhan tanamanSebaliknya, pada tanaman berkayu (pohon, semak) seperti kacang kedelai, assimilasi nitrat terutama dalam akar

    KRT-2011

  • Asimilasi & Reduksi NitrogenSelama pertumbuhan organisme autotroph, nitrogen dibutuhkan untuk pembentukan sel dari nitrogen anorganik melalui dua cara:Fiksasi nitrogen dari udara; Assimilasi nitrate dari ammonia yang terkandung dalam air atau tanah.

    KRT-2011

  • Most plants depend on bacteria to supply nitrogen

    KRT-2011

  • Asimilasi NitrogenBagi tumbuhan yang tidak dapat menambat N2, sumber nitrogen utamanya adalah NO3- dan NH4+.Tanaman dan banyak spesies asli menyerap nitrogen dalam bentuk NO3-, sebab NH4+ segera dioksidasi menjadi NO3- oleh bakteri nitrifikasi. Tapi, komunitas konifer dan rumputan menyerap sebagian besar nitnogen dalam bentuk NH4+ sebab nitrifikasi dihambat oleh pH tanah yang rendah atau oleh tanin dan senyawa fenol

    KRT-2011

  • Nitrate assimilation in the roots and leaves of a plant.

    Nitrat harus diubah menjadi NH4+ di dalam tumbuhan sebelum nitrogen masuk ke asam amino dan senyawa nitrogen lainnyaNitrate diambil dari tanah oleh akar. Nitrat dapat disimpan sementara dalam vacuola dari sel akar atau direduksi dalam sel epidermis dan cortex dari akarKelebihan nitrat dibawa via pembuluh xylem ke sel mesophyll, dimana nitrate dapat disimpan sementara dalam vacuole.

    KRT-2011

  • Nitrate direduksi menjadi nitrite dalam cytosol dan kemudian nitrite direduksi lebih lanjut dalam chloroplast menjadi NH4+, dari mana asam amino terbentukNH4+ ini digunakan untuk mensintesis glutamine dan asparagine (collectively named amide in Fig. 10.1).

    KRT-2011

  • Dua asam amino (glutamine dan asparagine) dapat dipindahkan ke daun melalui pembuluh xylem.Tetapi pada saat kapasitas asimilasi nitrat dalam akar berlebihan, nitrat dikeluarkan dari akar ke dalam pembuluh xylem dan terbawa ke daun akibat transpirasi. Sejumlah besar nitrat dapat disimpan dalam daun pada vakuola. Terkadang penyimpanan vakuola dapat habis karena asimilasi nitrat di siang hari dan terisi lagi pada saat malam hariSebagai contoh, daun bayam memiliki kandungan nitrat tertinggi ditemukan pada pagi hari.

    KRT-2011

  • Tempat asimilasi nitrat ?Baik akar maupun tajuk memerlukan senyawa nitrogen organik, tapi pada organ manakah NO3- direduksi dan digabung dalam senyawa organik?Akar beberapa tumbuhan dapat mensintesis semua nitrogen organik yang diperlukan dari NO3-, sedangkan akar tumbuhan lainnya bergantung pada tajuk untuk memenuhi kebutuhan nitrogen organiknya.Proses keseluruhan reduksi NO3- menjadi NH4+ yang bergantung pada energi dirangkum pada :Nitrate dalam mesophyll cells direduksi menjadi nitrite oleh nitrate reductase yang ada dalam cytosol dan selanjutnya menjadi NH4+oleh nitrite reductase dalam chloroplasts

    KRT-2011

  • Nitrate is reduced to nitrite in the cytosolReaksi-ini-terjadi dalam cytosol di luar setiap organela. Reduksi nitrat sebagian besar menggunakan NADH sebagai reduktan, meskipun beberapa tumbuhan yang mengandung nitrate reductase bereaksi dengan NADPH persis sebagaimana NADH.Nitrate reductase (NR) pada tanaman tinggi terdiri dari dua sub unit yang identik. The molecular mass of each subunit varies from 99 to 104 kDa, depending on the species. Seiap subunit mengandung satu electron transport chain (Fig. 10.2) yang terdiri atas satu molekul flavin adenine dinucleotide (FAD), satu heme of the cytochrome-b type (cyt-b557), dan satu cofactor containing molybdenum

    KRT-2011

  • The reduction of nitrite to ammonia proceeds in the plastidsReduksi nitrite menjadi ammonia membutuhkan enam elektronReaksi ini dikatalisis oleh satu enzim, yaitu: the nitrite reductase (Fig.10.4), yang banyak terdapat dalam plastids. Enzim ini memanfaatkan reduced ferredoxin as electron donor, yang disediakan oleh photosystem I sebagai hasil photosynthetic electron transport

    KRT-2011

  • The fixation of NH4+ proceeds in the same way as in photorespiration

    KRT-2011

  • The fixation of NH4+ proceeds in the same way as in photorespiration (lanjutan)Glutamine synthetase dalam chloroplasts memindahkan NH4+ yang baru terbentuk menggunakan ATP pada glutamate, membentuk glutamine (Fig. 10.6). Reaksi yang sama mengikat NH4+ yang dilepas selama photorespiration. Karena tingginya laju fotorespirasi jumlah NH4+ dihasilkan oleh oksidasi glycine sekitar 5 sampai 10 kali lebih tinggi daripada jumlah NH4+ yang dihasilkan dari asimilasi nitrate. Sehingga hanya sejumlah kecil sintesis glutamine dalam daun yang terlibat dalam nitrate assimilation. Daun juga mengandung isoenzyme dari glutamine synthetase dalam cytosol

    KRT-2011

  • The fixation of NH4+ proceeds in the same way as in photorespiration (lanjutan)Glutamine yang terbentuk dalam chloroplasts dikonversi via glutamate synthase (juga disebut glutamine-oxoglutarate amino transferase, abbreviated GOGAT), oleh reaksi dengan -ketoglutarate menjadi dua molekul glutamate dengan ferredoxin sebagai reductant. Beberapa chloroplasts dan leucoplasts juga mengandung satu NADPH-dependent glutamate synthase. Glutamate synthases dihambat oleh analog substrate azaserine (Fig. 10.7), yang beracun pada tanaman-Ketoglutarate, yang dibutuhkan untuk reaksi glutamate synthase, dipindahkan ke dalam chloroplasts oleh suatu specific translocator dan glutamate yang terbentuk dipindahkan keluar chloroplasts masuk dalam cytosol oleh translocator lain.

    KRT-2011

  • Nitrate assimilation also takes placein the rootsAsimilasi Nitrate sebagian terjadi, dan pada beberapa species terutama, terjadi dalam akar. NH4+ diambil dari tanah yang secara normal difiksasi dalam akarReduksi nitrate dan nitrite seperti pada fixation of NH4+ dimulai dalam sel akar dengan cara yang sama seperti pada mesophyll cells. Tetapi, dalam sel akar diperlukan reduksi yang setara dengan supplied exclusively melalui oksidasi carbohydrates. Reduksi nitrite dan selanjutnya fiksasi dari NH4+ (Fig. 10.8) terjadi dalam leucoplasts, a differentiated form of plastids

    KRT-2011

  • KRT-2011

  • ATP yang dibutuhkan untuk glutamine synthesis dapat dihasilkan oleh mitochondria dan dipindahkan ke dalam leucoplasts oleh suatu plastid ATP translocator.Glutamate synthase dari leucoplasts juga digunakan mereduksi ferredoxin sebagai redox partner, meskipun beberapa leucoplasts juga mengandung glutamate synthase Reduksi nitrate di dalam akar memberikan organic nitrogen compounds terutama dalam bentuk glutamine dan asparagine pada shoot melalui aliran transpirasi dalam pembuluh xylem. This is also the case bila NH4+ merupakan sumber nitrogen dalam tanah.

    KRT-2011

  • The end product of nitrate assimilationis a whole spectrum of amino acidsSemua asam amino dapat dianggap sebagai produk akhir asimilasi nitrat Synthesis asam amino ini terutama berlangsung dalam chloroplasts. Pola sintesis asam amino sangatlah beragam tergantung pada spesies dan kondisi metabolisme. Dalam banyak kasus glutamate dan glutamine mewakili /menggambarkan bagian utama dari synthesized amino acids.Glutamate diekspor dari chloroplasts dalam perubahan malate dan glutamine menjadi glutamate

    KRT-2011

  • Juga, serine dan glycine, yang terbentuk sebagai intermediate products dalam photorespiratory cycle, menunjukkan bagian penting dari total asam amino yang ada dalam mesophyll cells. Sejumlah besar alanine sering terbentuk dalam C4 plants

    KRT-2011

  • CO2 assimilation provides the carbon skeletons to synthesize the end products of nitrate assimilationCO2 assimilation menyediakan carbon skeletons yang dibutuhkan untuk synthesis bermacam-macam amino acids. Figure 10.10 menunjukkan ringkasan dari awal carbon skeletons dari individual amino acids.

    KRT-2011

  • 3-Phosphoglycerate merupakan carbon precursor yang sangat penting untuk synthesis of amino acids. Ini dihasilkan dalam Calvin cycle dan diekspor dari chloroplasts ke cytosol melalui triose phosphate-phosphate translocator dalam perubahan phosphate (Fig. 10.11).3-Phosphoglycerate diubah dalam cytosol oleh phosphoglycerate mutase dan enolase menjadi phosphoenolpyruvate (PEP)From PEP two pathways branch off, the reaction via pyruvate kinase leading to pyruvate, and via PEP-carboxylase to oxaloacetate.

    KRT-2011

  • Yang berwarna merah adalah:Carbon skeletons untuk synthesis amino acids yang diperoleh melalui asimilasi CO2. Merupakan prekursor penting untuk sintesis amino acid

    KRT-2011

  • The synthesis of glutamate requires the participation of mitochondrial metabolismFigure 10.6 menunjukkan bahwa glutamate terbentuk dari -ketoglutarate, yang dapat diperoleh melalui a partial sequence of the mitochondrial citrate cycle (Fig. 10.11). Pyruvate and oxaloacetate ditranspor dari cytosol ke mitochondria oleh specific translocators. Pyruvate dioksidasi oleh pyruvate dehydrogenase (see Fig. 5.4), dan acetyl-CoA maka berkondensasi dengan oxaloacetate menjadi citrate (see Fig. 5.6). Citrate ini dapat dikonversi dalam mitochondria melalui aconitase (Fig. 5.7), dioksidasi lebih lanjut oleh NADisocitrate dehydrogenase (Fig. 5.8), dan resultant -ketoglutarate dapat ditranspor ke dalam cytosol oleh specific translocator

    KRT-2011

  • Biosynthesis of proline and arginineGlutamate merupakan prekursor untuk synthesis of prolineMerupakan dcarboxylic group yang pertama di