daur nitrogen

Metabolisme Nitrogen 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Lintas biosintetik menuju asam amino dan nukleotida sama-sama memerlukan

nitrogen, tetapi senyawa nitrogen yang dapat larut dan bermanfaat bagi aktivitas

biologik biasanya jarang terdapat di lingkungan alamiah. Karena alasan ini, ammonia,

asam amino, dan nukleotida dipergunakan secara ekonomis oleh kebanyakan

organism, terutama karena senyawa-senyawa tersebut merupakan perkusor bagi asam

nukleat dan proteinnya. Memang, kita telah melihat bahwa asam amino bebas, purin,

dan pirimidin, yang dibentuk selama putaran metabolic, seringkali dihemat dan

dipakai berulang-ulang.

Bentuk nitrogen yang paling banyak dijumpai terdapat di udara, yang

mengandung sampai empat per lima molekul nitrogen (N2). Akan tetapi hanya

beberapa spesies saja yang dapat mengubah nitrogen atmosfer menjadi bentuk

nitrogen yang bermanfaat bagi orgaisme hidup, yang karenanya, menghemat dan

menggunakan kembali nitrogen yang tersedia secara biologik di dalam siklus nitrogen

yang sedemikian luas. Tahap pertama dalam siklus nitrogen adalah dengan fiksasi

nitrogen adalah fiksasi nitrogen atmosfer oleh organisme pengikat nitrogen,

menghasilkan ammonia. Amonia dapat dimanfaatkan oleh hampir semua organisme

hidup. Akan tetapi, terdapat beberapa bakteri tanah penting yang memperoleh

energinya dengan mengoksidasi amonia untuk membentuk nitrit dan akhirnya nitrat.

Karena organisme ini amat banyak dan aktif, hampir semua amonia yang mencapai

tanah, akhirnya teroksidasi menjadi nitrat, proses ini dikenal sebagai nitrifikasi.

Tanaman dan banyak bakteri segera mereduksi nitrat kembali menjadi ammonia

melalui nitrat reduktase; proses ini dikenal sebagai denitrifikasi. Ammonia yang

terbentuk dapat dibangaun menjadi asam amino oleh tanaman, yang kemudian

dipergunakan oleh hewan sebagai sumber asam amino esensial dan nonesensial untuk

membangun protein hewan. Pada hewan yang telah mati, degradasi protein mikrobial

mengembalikan amonia ke tanah. Selanjutnya bakteri nitrifikasi mengubahnya

menjadi nitrat (NO2-) dan nitrat (NO3-) kembali. Sekarang marilah kita mengamati

proses fiksasi nitrogen yang penting bagi setiap bentuk kehidupan.

Pada tumbuhan, banyak dari nitrogen digunakan dalam molekul klorofil, yang

penting untuk fotosintesis dan pertumbuhan lebih lanjut. Meskipun atmosfer bumi


merupakan sumber berlimpah nitrogen, sebagian besar relatif tidak dapat digunakan

oleh tanaman.

1.2 Tujuan

1. Untuk mengetahui dan memahami Metabolisme Nitrogen

2. Untuk mengetahui dan memahami Siklus Nitrogen

3. Untuk mengetahui dan memahami Proses-Proses Dalam Daur Nitrogen

4. Untuk mengetahui dan memahami Pengubahan NH4+ mejadi senyawa organik

5. Untuk mengetahui dan memahami Fungsi Dan Manfaat Nitrogen Dalam Ekologi


BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Metabolisme Nitrogen

Nitrogen adalah unsur yang paling berlimpah di atmosfer (78% gas di

atmosfer adalah nitrogen). Meskipun demikian, penggunaan nitrogen pada bidang

biologis sangatlah terbatas. Nitrogen merupakan unsur yang tidak reaktif (sulit

bereaksi dengan unsur lain) sehingga dalam penggunaan nitrogen pada makhluk hidup

diperlukan berbagai proses, yaitu: fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi,

denitrifikasi.

Nitrogen adalah komponen penting bagi tumbuhan terdapat dalam banyak

senyawa. Protein dan asam nukledit yang biasanya diserap dari tanah dalam bentuk

sangat teroksidasi dan harus direduksi oleh proses yang bergantung pada energi

sebelum bergabung menjadi protein dan senyawa lain dalam sel.

Nitrogen di alam berada dalam berbagai bentuk dan berada dalam keadaan

dinamis mengikuti perubahan fisik dan kimia dalam suatu daur Nitrogen. Meskipun

nitrogen di udara mampu masuk keluar tubuh tumbuhan, tetapi tidak ada enzim yang

mampu menangkapnya. Kebanyakan Nitrogen yang masuk tubuh tumbuhan telah

mengalami reduksi oleh mikroba prokaryotic atau dalam bentuk NO3- dan NH4+

dalam air hujan. Penambatan nitrogen dapat dilakukan secara simbiotik atau non

simbiotik antara tumbuhan tingkat tinggi dan mikroba. Tumbuhan tinggi dapat

menggunakan Nitrogen yang telah tereduksi tersebut. Bagi tumbuhan lain yang tidak

bersimbiosis dengan nitrogen , nitrogen diserap dalam bentuk NO3- atau NH4+.

Umumnya dalam bentuk NO3- karena NH4+ akan dioksidasi menjadi NO3- oleh

bakteri nitrifikasi.

Konsep metabolisme difokuskan pada metabolisme nitrogen dimana Reduksi

nitrat menjadi ammonium dan perubahan ammonium menjadi senyawa organic yang

terdapat pada tumbuhan.

2.2 Siklus Nitrogen

Siklus nitrogen adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur

nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat

terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen secara khusus sangat

dibutuhkan dalam ekologi karena ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat


proses ekosistem kunci, termasuk produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas

manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan,

dan pelepasan nitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus

nitrogen global.

Sebagian besar nitrogen yang terdapat di dalam organisme hidup berasal dari

penambatan (reduksi) oleh mikro organisme prokariot. Sebagian diantaranya terdapat

di akar tumbuhan tertentu atau dari pupuk hasil penambatan secara industry. Sejumlah

kecil nitrogen pindah dari atmosfer ke tanah sebagai NH4+ dan NO3- bersama air

hujan dan diserap oleh akar. NH4+ ini berasala dari pembakaran industry, aktivitas

gunung berapi dan kebakaran hutan sedangkan NO3- berasal dari oksidasi N2 oleh O2

atau ozon dengan bantuan kilat atau radiasi ultraviolet, sumber lain NO3- adalah

samudera.

Penyerapan NO3- dan NH4+ oleh tumbuhan memungkinkan tumbuhan untuk

membentuk berbagai senyawa nitrogen terutama protein. Pupuk, tumbuhan mati,

mikroorganisme, serta hewan merupakan sumber penting nitrogen yang dikembalikan

ke tanah tapi sebagaian besar nitrogen tersebut tidak larut dan tidak segera tersedia

bagi tumbuhan.

Pengubahan nitrogen organic menjadi NH4+ oleh bakteri dan fungi tanah

disebut Amnoifikasi yang dapat berlangsung oleh berbagai macam mikroorganisme

pada suhu dingin dan pada berbagai nilai ph. Selanjutnya pada tanah yang hangat dan

lembab dan ph sekitar netral NH4+ akan dioksidasi menjadi nitrit (NO2) dan NO3-

dalam beberapa hari setelah pembentukkannya atau penambahannya sebagai pupuk

disebut dengan Nitrifikasi yang berguna dalam menyediakan energi bagi

kelangsungan hidup dan perkembangan mikroba tersebut.

Selain itu terdapat pula denitrifikasi yaitu suatu proses pembentukan N2, NO,

N2O dan NO2 dari NO3- oleh bakteri aneorobik yang berlangsung di dalam tanah

yang penetrasi O2- nya terbatas, tergenang, padat dan daerah dekat pemukiman tanah

yang konsentrasi O2 nya rendah karena penggunaannya yang cepat dalam oksidasi

bahan organik. Tumbuhan kehilangan sejumlah kecil nitrogen ke atmosfer sebagai

NH3, N2O, NO2, dan NO terutama jika diberi pupuk nitrogen dengan baik.


Gambar 1. Daur Nitrogen

Nitrat sangat mudah larut dlm tanah sehingga cepat hilang krn proses

pembusukan. Taraf ketersediaan nitrogen dlm tanah tergantung pada banyaknya

bahan organik, populasi jasad renik, tingkat pembasuhan. Dlm keadaan alami terjadi

keseimbangan antara laju pertumbuhan dan gaya-gaya yg menentukan penyediaan

nitrogen dlm tanah. Pemanenan menyebabkan terkurasnya nitrogen krn pengambilan

bahan organik dan erosi. Hal ini menyebabkan pertanian intensif sangat tergantung

pada tambahan pupuk nitrogen. Awalnya nitrogen berasal dari sumber organik,

terutama guano (kotoran burung). Saat ini nitrogen dibuat menurut proses Haber-

Bosch: nitrogen + hidrogen amoniak.

2.3 Proses-Proses Dalam Daur Nitrogen

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 ke bentuk kimiawi yang lain.

Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau

menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan.


Gambar 2. Proses Daur Nitrogen

2.3.1 Fiksasi Nitrogen

Fiksasi nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik yang

mengubah nitrogen di udara menjadi amonia (NH3). Mikroorganisme yang mem-

fiksasi nitrogen disebut diazotrof. Milroorganisme ini memiliki enzim nitrogenaze

yang dapat menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi untuk fiksasi Nitrnitrogen

biologis ini dapat ditulis sebagai berikut :

N2 + 8 H+ + 8 e 2 NH3 + H2

Mikroorganisme 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: 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.

Hasil penelitian tentang fiksasi N ini menunjukkan bahwa ada cukup banyak

genera bakteri yang dapat mem-fiksasi N termasuk spesies dari Bacillus, Clostridium,

dan Vibrio. Pada habitat perairan, cyanobacteria adalah kelompok utama yang

melakukan fiksasi N (Anabaena, Nostoc, Gloeotrichia, Oscillatoria, Lyngbya, dll)

Komponen yang berperan dalam fiksasi N di habitat perairan adalah heterocyst, tapi

ada cyanobacteria yg tidak memiliki heterocyst yg juga dpt fiksasi N. Fiksasi N

memerlukan cukup banyak energi dalam bentuk ATP dan koenzim.

2.3.2 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

laangsungdari nodul. Hewan, jamur dan organism heterotrof lain mendapatkan

nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil.

Asimilasi merupakan Penyerapan dan penggabungan dengan unsur lain

membentuk zat baru dengan sifat baru. Senyawa Nitrat (NO3)- diserap oleh tumbuhan

mengalami proses asimilasi menjadi bahan penyusun organ pada tumbuhan.


Tumbuhan sebagai Produsen dikonsumsi oleh manusia dan hewan. Nitrogen pada

biomassa tumbuhan masuk ke dalam proses biokimia pada manusia dan hewan.

Jumlah relatif NO3- dan nitrogen organik dalam xylem bergantung pada

kondisi lingkungan. Jenis tumbuhan yang akarnya mampu mengasimilasi N, dalam

cairan Xylem dijumpai banyak asam amino, amide an urine, tidak dijumpai NH4+.

Sedangkan jika di dalm cairan xylem mengandung NO3- berarti akar tumbuhan itu

tidak mampu mengasimilasi NO3-. Kalau dlam lingkungan perakaran NO3- terdapat

dalam jumlah besr, cairan xylem akan mengandung NO3- juga.

2.3.3 Reduksi Nitrogen

Reaksi kedua dari proses reduksi nitrat adalah pengubahan nitrit menjadi NH4.

Nitrit yang ada di sitosol diangkut ke dalam kloroplas di daun atau ke dalam

proplastid di akar. Di daun, reduksi NO2 menjadi NH4 memerlukan enam elektron

yang diambil dari H2O pada sistem pengangkutan elektron non siklik, pada kloroplas

selama pengangkutan elektron ini, cahaya mendorong pengangkutan electron dari

H2O ke feredoksin (fd). Proses keseluruhan reduksi NO3- menjadi NH4 yaitu :

a. Reduksi Nitrat

NO3- + NADH NO2+ + NAD + H2O

Reaksi ini berlangsung di sitosol, enzim yang mengkatalis adalah nitrat

reduktase, enzim yang memindahkan dua elektron dari NADPH2, hasilnya

adalah nitrite, NAD (NADP) dan H2O. Nitrat reduktase adalh suatu enzim

besar dan kompleks yang terdiri dari FAD, satu sitokrom dan Molibdenum

(Mo) yang semuanya akan tereduksi dan teroksidasi pada waktu elektron

diangkut dari NADH2 ke atom nitrogen dalm NO3

b. Reduksi Nitrit

NO2 + 3 H2O + 6 Fd +2 H+ + cahaya NH4+ + 1,5O2 +3 H2O + 6 Fd

Reaksi ini berlangsung di kloroplas (pada daun) atau pada proplastida

(pada akar), dengan enzim Nitrit reduktase. Meskipun Fd tereduksi merupakan

donor elektron yang khas bagi nitrit reduktase di daun.


Gambar 3. proses keseluruhan reduksi NO3 menjadi NH4

2.4 Pengubahan NH4+ mejadi senyawa organik

NH4+ (ammonium) yang diserap langsung dari tanah atu yang dihasilkan oleh

fiksasi N2 tidakb pernah dijumpai tertimbun dalam tubuh tumbuhan. Ammonium ini

bersifat racun, mungkin menghambat pembentukan ATP dalam kloroplas maupun

dalam mitokndria. Ammonium ini segera ditangkap oleh asam glutamat untuk

menjadi glutamine dengan enzim glutamine sintetase, glutamin direaksikan dengan

asam keto glutarat menjadi 2 molekul asam glutamate. Untuk reaksi ini juga

diperlukan elektron yang bersal dari Fd (dalam kloroplas) dan NADH atau

NADPH2 dalam proplastida dari sel-sel non-fotosintetik. Salah satu dari kedua

glutamate yang terbentuk diperlukan untuk mempertahankan reaksi 1, sedang

glutamat yang kedua dapat berubah langsung menjadi protein atau asam amino lain

yang diperlukan untuk sintesis protein, klorofil, asam nukleat dan lain-lain.

Selain membentuk glutamate, glutamine dapat memberikan gugus amide-nya

kepada asam aspartat untuk menjadi asparagin yang dikatalis oleh enzim asparagin

sintetase. Glutamin dan asparagin menjadi senyawa nitrogen organik pertama yang

terbentuk, selanjutnya gugus NH2 dapat diberikan kepada keto karboksilat,

membentuk asam amino. Proses ini dinamakan transaminasi. Dengan transaminasi

berbagai asam amino dapat dibuat, tergantung pada keto karboksilatnya.


Gambar 4. Pengubahan ammonium menjadi senyawa organik yang penting

2.5 Fungsi Dan Manfaat Nitrogen Dalam Ekologi

Nitrogen sangatlah penting untuk berbagai proses kehidupan di

Bumi. Nitrogen adalah komponen utama dalam semua asam amino, yang nantina

dimasukkan kedalam protein, protein adalah zat yang sangat dibutuhkan dalam

pertumbuhan. Nitrogen juga hadir di basis pembentuk asam nukleat,

seperti DNA dan RNA yang nantinya membawa hereditas.

Pada tumbuhan, banyak dari nitrogen digunakan dalam molekul klorofil, yang

penting untuk fotosintesis dan pertumbuhan lebih lanjut. Meskipun atmosfer bumi

merupakan sumber berlimpah nitrogen, sebagian besar relatif tidak dapat digunakan

oleh tanaman. Pengolahan kimia atau fiksasi alami (melalui proses konversi seperti

yang dilakukan bakteri rhizobium), diperlukan untuk mengkonversi gas nitrogen

menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh organisme hidup, oleh karena

itu nitrogen menjadi komponen penting dari produksi pangan. Kelimpahan atau

kelangkaan dari bentuk "tetap" nitrogen, (juga dikenal sebagai nitrogen reaktif),

menentukan berapa banyak makanan yang dapat tumbuh pada sebidang tanah.


BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Nitrogen merupakan komponen penting pada protein dan asam nukleat yang

biasanya diserap dari tanah dalam bentuk sangat teroksidasi dan harus reduksi oleh

proses yang bergantung pada energi, sebelum bergantung menjadi protein dan

senyawa lain dalam sel. Nitrogen merupakan salah satu unsur 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 amonium.

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).

Proses pereduksian nitrat menjadi amonium dapat terjadi dalam dua reaksi

yang berbeda yaitu yang dikatalis oleh nitrat reduktase dan pengubahan nitrit menjadi

NH4+ yang dikatalis oleh nitrit reduktase. Proses pengubahan amonium menjadi

senyawa organik terbagi atas 5 reaksi antara lain glutamine sintetase, glutamat sintase,

asparagin sintetase, transaminase, PEP karboksilase.


DAFTAR PUSTAKA

Anonymous. 2011.siklus nitrogen. http://www.agroinformatika.net/2011/11/siklus-

nitrogen.html. diakses 09 Mei 2012

Champbell, Reece Mitchell. 1999. Biologi Edisi Kelima (Terjemahan). Penerbit Erlangga.

Jakarta. Effendi, Hefni.2003.TELAAH KUALITAS AIR, Bagi Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan. Kanisius: Yogyakarta. Diakses 09 Mei 2012 Dwidjoseputro, D.1998. Pengantar Fisiologi Tumbuhan. Penerbit. Pt. Gramedia: Jakarta.

Patty, Aldi.2010. Fiksasi nitrogen oleh bakteri. http://aldipatty.blogspot.com/2010/12/fiksasi-

nitrogen-oleh-bakteri.html. diakses 08 Mei 2012

Riyn. 2012. Multiply.

http://riyn.multiply.com/journal/item/43?&show_interstitial=1&u=/journal/item.

diakses 08 Mei 2012

Sasmitamihardja, Dardjat. 1996. Fisiologi Tumbuhan. Proyek Pendidikan Tenaga Akademik,

Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan dan kebudayaan.

Wijaya, mela.2011. metabolism nitrogen. http://mela-

wijaya.blogspot.com/2011/09/metabolisme-nitrogen.html diakses 09 Mei 2012

daur nitrogen

Documents