SIKLUS NITROGEN

1. Fiksasi nitrogen Fiksasi nitrogen adalah proses biologis atau abiotik yang mengubah nitrogen di udara menjadi ammonia (NH3). Reaksi untuk fiksasi nitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai berikut : N2 + 8H+ + 8e 2NH3 + H2 Mikroorganisme yang memfiksasi nitrogen disebut diazotrof, 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. 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. Sebagai contoh bakteri Rhizobium mutualistik (bakteri pengikat nitrogen) yang hidup dalam nodul akar kacang-kacangan. Selain itu fiksasi nitrogen dapat dilakukan oleh bakteri Azotobacter dan Clostridium. 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 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: pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen. Ketika petir terbentuk diatmosfer menyebabkan nitrogen bersenyawa menjadi nitrat. Nitrat itu disentuhkan ke bumi, sehingga semakin daerah itu banyak petir tentu banyak nitrat terbentuk disana. Nitrat yang terbentuk di atmosfer akan terbawa oleh hujan sehingga terjadi perpindahan nitrat dari udara ke daratan yang menjadikan nitrogen dalam bentuk nitrat itu menjadi berguna.2. Amonifikasi Reduksi dari nitrogen menjadi amoniak disebut amonifikasi. Amonifikasi terjadi jika tumbuhan atau hewan mati. Protein dari tubuh organisme yang mati atau hasil sisa-sisa mereka (nitrogen organik) diubah menjadi amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur. Genus Bacillus yang hidup anaerob dapat melakukan amonifikasi. Penguraian protein dengan mikroorganisme dimulai dengan hidrolisis protein secara enzimatik menjadi asam amino masing-masing, selanjutnya asam amaino yang dibebaskan dimetabolisme lebih lanjut. Selama jalannya metabolisme ini gugusan amino paling sering dibebaskan sebagai amoniak.3. Nitrifikasi Nitrifikasi adalah suatu proses biokimia yang tergolong anabolisme mengubah senyawa sederhana anorganik berupa amoniak NH3 menjadi senyawa organik nitrat HNO3 dengan energi berasal dari energi hasil reaksi kimia / khemosintesis yang dipunyai bakteri. Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri yang hidup di dalam tanah dan bakteri nitrifikasi lainnya. Proses nitrifikasi berjalan dua kali yaitu nitritasi membentuk nitrit dan nitratasi membentuk nitrat. Tahap utama nitrifikasi yaitu 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 nitrat (NO3-). Kemudian nitrat diserap oleh tumbuhan karena nitrogen ditanah hanya bisa diserap dalam bentuk nitrat. Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman.Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini:a) NH3 + CO2 + 1.5O2 + Nitrosomonas NO2- + H2O + H+b) NO2- + CO2 + 0.5O2 + Nitrobacter NO3-c) NH3 + O2 NO2 + 3H+ + 2ed) NO2 + H2O NO3 + 2H+ + 2eKarena kelarutannya yang sangat tinggi, nitrat dapat masuk ke dalam 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 menjadi berkurangnya kandungan oksigen di perairan.4. 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 menjadi 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.

5. DenitrifikasiDenitrifikasi 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. Bakteri ini bersifat fakultatif anaerob sehingga dapat hidup dalam kondisi aerobik. Mereka menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron di tempat yang mengandung oksigen selama respirasi. 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:2NO3 + 10e + 12H+ N2 + 6H2O6. Oksidasi amonia anaerobikDalam 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 dengan reaksinya sebagai berikut: NH4+ + NO2 N2 + 2H2O

METABOLISME ASAM AMINOSenyawa yang beracunDeaminasi OksidatifAsam L--AminoL-TransaminaseAmoniaL-Glutamat dehidrogenaseTransaminasi

AMONIA - GLUTAMINAmoniaGlutaminAmoniaGlutaminSintetaseGlutaminaseUreaDalam jaringan periferiNetral, tidak beracun, dapat menembus membran sel Dalam hati diubah menjadi

AMONIA ALANINOTOTDARAHHATIGlukosaGlutamat dehidrogenaseProteinAsam aminoNH3 -ketoglutaratGlutamatAlaninAlaninPiruvatAlanin transaminaseGlukosaAlanin transaminaseUreaNH3Alanin -ketoglutaratGlutamatPiruvat

SARAN MAKAN IKAN

Semua asam amino yang masuk dalam tubuh nantinya akan diubah menjadi asam amino glutamat sehingga tidak perlu makan protein yang mengandung glutamat tinggi. Ini ja

Mutasi genetikALKAPTONURIAHomogentisat4-MaleilasetoasetatDioksigenase homogentisat Bila dibiarkan terkena udara, urin akan menjadi hitam. Bilamana urin menjadi basa, karena dekomposisi sebagian kandungan urea membentuk amonia, homogentisat akan teroksidasi secara spontan oleh O2 atmosfir, menjadi pigmen hitam.Tidak dapat menguraikan homogentisat terakumulasi dalam cairan tubuh dikeluarkan ke urin.Fenilalanin + -ketoglutarat fenilpiruvat + glutamatFenilpiruvat tidak dapat diuraikan lebih lanjut karena senyawa buntu terakumulasi dalam darah dan jaringan yang bila kelebihan pada bayi akan menghambat perkembangan otak dan menyebabkan retardasi mental dikeluarkan lewat urin. Dicegah oleh pemilihan diet yang sesuai sehingga makan yang fenilalaninnya tinggi dapat dicegah karena dibutuhkan dalam jumlah kecil. Fenilalanin mengalami transaminasi dengan -ketoglutarat menghasilkan fenilpiruvat.Rusak secara genetikFENILKETORIA (PKU)FenilalaninTirosinFenilalanin4-monooksigenase KELAINAN ASAM AMINO

ASAM AMINO PREKURSOR PADA TANAMAN

Fenilalanin dan Tirosin sebagai penyedia prekursor tertinggi pada tumbuhan. Fenilalanin sebagai penyedia prekursor terbesar pada pigmen tumbuhan dan berhubungan dengan senyawa polifenolik yang disebut flavonoid.

FenilalaninMalonil-KoAAntosianinPigmen pada bungaAntosianin adalah pigmen berwarna merah, ungu, dan biru yang terdapat pada seluruh tumbuhan kecuali fungus. Banyak terdapat pada bunga dan buah-buahan seperti bunga mawar, pacar air, kembang sepatu, bunga tasbih atau kana, krsan, pelargonium, aster cina, dan buah apel, chery, anggur, stoberi, buah manggis serta umbi ubi jalar.

KURKUMINKurkumin merupakan senyawa polifenol yang dapat ditemukan pada temulawak, temugiring dan kunyit. Kurkumin (diferuloylmethane) adalah senyawa aktif yang ditemukan pada kunir, berupa polifenol dengan rumus kimia C21H20O6. Kurkumin memiliki dua bentuk tautomer: keton dan enol. Struktur keton lebih dominan dalam bentuk padat, sedangkan struktur enol ditemukan dalam bentuk cairan. Senyawa turunan kurkumin disebut kurkuminoid, yang hanya terdapat dua macam, yaitu desmetoksikurkumin dan bis-desmetoksikurkumin, sedangkan in vivo, kurkumin akan berubah menjadi senyawa metabolit berupa dihidrokurkumin atau tetrahidrokurkumin sebelum kemudian dikonversi menjadi senyawa konjugasi monoglukoronida (Aggarwal dan Shishodia, 2006).

Asam indol piruvatCO2IndolasetaldehidAsam IndolasetatTriptaminTriptofanDekarboksilasiTransaminasiDekarboksilasiOksidasiAUKSINAUKSIN

METABOLISME ASAM AMINO DENGAN HORMON DKKKreatin penting untuk biogenetika otot dan saraf. Kreatin dibuat dari tiga asam asam amino, glisin, arginin, dan metionin. Arginin adalah senyawa pemberi gugus guanidino (berwarna) dan metionin adalah senyawa pemberi gugus metil (abu-abuGlisinGuanidinoasetatKreatinFosfokreatinArgininOrnitinS-AdenosilmetioninS-AdenosilhomosisteinATPADPKreatinKinase

NEUTRANSMITTER

Reaksi dekarboksilasi serotonin. Serotonin mengatur regulasi pada sistem syaraf termasuk neurotransmisi yang diproduksi oleh kelenjar pineal.

Triptofan5-hidroksitriptofan5-hidroksitriptamin(Serotonin)Triptofan hidroksilaseHidroksitriptofan dekarboksilase

Serotonin (bahasa Inggris: 5-hydroxytryptamine, 5-HT) adalah suatu neurotransmiter monoamino yang disintesiskan pada neuron-neuron serotonergis dalam sistem saraf pusat dan sel-sel enterokromafin dalam saluran pencernaan. Hormon ini dipercaya sebagai pemberi perasaan nyaman dan senang.

HORMON

O2Tirosin DopaDopamineNorepinefrinEpinefrinO2, NADPH, H+H2O, NADP+Tirosin hidroksilaseDopa dekarboksilaseDopamin -hidroksilase

Epinefrin terdapat dalam kelenjar adrenal atau dapat dibuat secara sintetis. Hormon epinefrin berfungsi memicu reaksi terhadap tekanan dan kecepatan gerak tubuh. Tidak hanya gerak, hormon ini pun memicu reaksi terhadap efek lingkungan seperti suara derau tinggi atau intensitas cahaya yang tinggi. Reaksi yang sering dirasakan adalah frekuensi detak jantung meningkat, keringat dingin dan keterkejutan/shok. Fungsi hormon ini mengatur metabolisme glukosa terutama disaat stres. Hormon epinefrin timbul sebagai stimulasi otak, menjadi waswas dan siaga.

Treonin-ketobutirat-aseto- -hidroksibutirat,-dihidroksi- -metilvalerat-keto- -metilvaleratIsoleusinPiruvatCO2H+, NADPHNADP+H2OGlutamat-KetoglutaratTreonin dehidrogenaseAsetolaktatsintaseAsam ketoreduktoisomeraseTransaminaseAsam dehidroksidehidrataseASAM AMINO PREKURSOR PADA TANAMAN