nitrogen biokimia

35
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 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. Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandungunsur 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 pelepasannitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus nitrogen global. Pembukaannya sudah cukup, sekarang kita menginjak ke detail proses daur / siklus nitrogen. 1 | Nitrogen

Upload: yuyun

Post on 07-Aug-2015

79 views

Category:

Documents


6 download

DESCRIPTION

MAKALAH

TRANSCRIPT

Page 1: NITROGEN BIOKIMIA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

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.

Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi senyawa yang

mengandungunsur 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

pelepasannitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus

nitrogen global. Pembukaannya sudah cukup, sekarang kita menginjak ke detail

proses daur / siklus nitrogen.

Pertumbuhan, perkembangan dan produksi suatu tanaman ditentukan oleh dua

faktor utama yaitu faktor genetik dan faktor lingkungan. Salah satu faktor

lingkungan yang sangat menentukan lajunya pertumbuhan, perkembangan dan

produksi suatu tanaman adalah tersedianya unsur-unsur hara yang cukup di dalam

tanah. Dari 105 unsur yang ada di atas permukaan bumi ini, ternyata baru 16

unsur yang mutlak diperlukan oleh suatu tanaman untuk dapat menyelesaikan

siklus hidupnya dengan sempurna. Ke- 16 unsur tersebut terdiri dari 9 unsur

makro dan 7 unsur mikro. 9 unsur makro dan 7 unsur mikro inilah yang disebut

sebagai unsur -unsur esensial.

Menurut ARNON dan STOUT ada tiga kriteria yang harus dipenuhi sehingga

suatu unsur dapat disebut sebagai unsur esensial:

1 | N i t r o g e n

Page 2: NITROGEN BIOKIMIA

Unsur tersebut diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus hidup tanaman

secara normal (biji – — biji).

Unsur tersebut memegang peran yang penting dalam proses biokhemis

tertentu dalam tubuh tanaman dan peranannya tidak dapat digantikan atau

disubtitusi secara keseluruhan oleh unsur lain.

Peranan dari unsur tersebut dalam proses biokimia tanaman adalah secara

langsung dan bukan secara tidak langsung.

Ketersediaan unsur-unsur esensial didalam tanah bagi tanaman sangat

ditentukan oleh pH. Seperti unsur N pada pH 5.5 – 8.5, P pada pH 5.5 – 7.5

sedangkan K pada pH 5.5 – 10 sebaliknya unsur mikro relatif tersedia pada pH

rendah.

Berdasarkan ke esensialannya unsur hara yang dibutuhkan tanaman terbagi

menjadi dua yakni unsur hara esensial dan unsur hara non- esensial atau

beneficial. Unsur hara esensial terdiri atas unsur hara makro dan mikro, unsur

hara esensial merupakan unsur hara yang mutlak dibutuhkan tanaman dan

fungsinya tidak bisa digantikan oleh unsur lain, tidak terpenuhinya salah satu

unsur hara akan mengakibatkan tanaman tersebut tidak dapat menyelsaikan siklus

hidupnya. Sedangkan unsur beneficial adalah unsur tambahan yang tidak

dibutuhkan oleh semua tanaman, namun perannanya cukup penting pada tanaman

tertentu, misalnya jagung agar hasilnya berkualitas perlu ditambahkan unsur Al

yang bisa diberikan pupuk ALPO4 (Alumunium fosfat) dalam jumlah tertentu.

Bagi tanaman lain unsur Al justru dapat menyebabkan keracunan, namun pada

tanaman jagung toleran terhadap Al pada jumlah tertentu malah akan membantu

meningkatkan produktivitasnya mendekati potensi genetisnya.

Nitrogen adalah unsur kimia yang memiliki lambang N, nomor atom dari 7

dan massa atom 14,00674 u. Elemental nitrogen tidak berwarna, tidak berbau,

tawar dan kebanyakan lembam diatomik gas pada kondisi standar, merupakan

78% dari volume atmosfer bumi. Banyak senyawa penting industri, seperti

amonia, asam nitrat, nitrat organik (propellants dan bahan peledak), dan sianida,

mengandung nitrogen. Ikatan yang sangat kuat dalam unsur kimia nitrogen

2 | N i t r o g e n

Page 3: NITROGEN BIOKIMIA

mendominasi, menyebabkan kesulitan untuk kedua organisme danindustri dalam

mematahkan ikatan untuk mengubah N 2 menjadi senyawa yang berguna, tetapi

melepaskan sejumlah besar energi sering berguna, ketika senyawa tersebut

terbakar, meledak, atau pembusukan kembali menjadi gas nitrogen.

Unsur nitrogen ditemukan oleh dokter Skotlandia Daniel Rutherford pada

tahun 1772. Nitrogen terjadi di semua organisme hidup. Ini adalah elemen

konstituen asam amino dan dengan demikian protein, dan asam nukleat (DNA

dan RNA). Ini terletak pada struktur kimia dari hampir semua neurotransmiter,

dan merupakan komponen yang menentukan alkaloid, molekul biologis yang

dihasilkan oleh banyak organisme.

1.2 Rumusan Masalah

Apa manfaat dan peran nitrogen bagi tumbuhan?

Bagaimana proses siklus nitrogen?

Bagaimana proses metabolism nitrogen?

Bagaimana proses fiksasi nitrogen?

Apa dampak terjadinya kelebihan dan kekurangan nitrogen pada tumbuhan?

3 | N i t r o g e n

Page 4: NITROGEN BIOKIMIA

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Manfaat dan Peran Nitrogen bagi Tumbuhan

Fungsi Nitrogen Dalam Ekologi

Gambar 1. Bentuk nitrogen di alam

Nitrogen sangatlah penting untuk berbagai proses kehidupan di

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

nantinya dimasukkan ke dalam protein, tahu kan kalau protein adalah zat yang

sangat kita butuhkan dalam pertumbuhan. Nitrogen juga hadir di basis

pembentuk asam nukleat, seperti DNA dan RNA yang nantinya membawa here-

ditas. 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.

4 | N i t r o g e n

Page 5: NITROGEN BIOKIMIA

( Anonymousa,2012)

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.

Nitrogen berperan dalam pembentukan sel , jaringan , dan organ tanaman. Ia

berfungsi sebagai sebagai bahan sintetis klorofil , protein , dan asam amino.

Karena itu kehadirannya dibutuhkan dalam jumlah besar , terutama saat

pertumbuhan vegetatif.

Fungsi nitrogen bagi tanaman adalah:

a. Diperlukan untuk pembentukan atau pertumbuhan bagian vegetatif tanaman,

seperti daun, batang dan akar.

b. Berperan penting dalam hal pembentukan hijau daun yang berguna sekali

dalam proses fotosintesis.

c. Membentuk protein, lemak dan berbagai persenyawaan organik.

d. Meningkatkan mutu tanaman penghasil daun-daunan.

e. Meningkatkan perkembangbiakan mikro-organisme di dalam tanah

5 | N i t r o g e n

Page 6: NITROGEN BIOKIMIA

(Immawatitari,2012)

Sumber nitrogen adalah:

a. Terjadi halilintar di udara ternyata dapat menghasilkan zat nitrat, yang

kemudian dibawa air hujan meresap ke bumi.

b.   Sisa-sisa tanaman dan bahan-bahan organis.

c.    Mikrobia atau bakteri-bakteri.

d.   Pupuk buatan seperti Urea dan ZA

e. Nitrogen antara lain bersumber dari pupuk buatan pabrik seperti urea, ZA,

dan Amonium Sulfat.

 f. Udara merupakan sumber nitrogen paling besar  yang dalam proses

pemanfaatannya oleh tanaman melalui perubahan terlebih dahulu, dalam

bentuk amonia dan nitrat yang sampai ketanah melalui air hujan, atau yang di

ikat oleh bakteri pengikat nitrogen.

g. Sumber nitrogen lainnya adalah pupuk kandang dan bahan2 organis lainnya.

(Anonymous b, 2012)

2.2 Siklus Nitrogen

Siklus nitrogen sendiri 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. 

6 | N i t r o g e n

Page 7: NITROGEN BIOKIMIA

PROSES-PROSES DALAM DAUR NITROGEN

Gambar 2. Siklus 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 lain.

Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau

menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Diagram

di atas menunjukkan bagaimana proses-proses cocok bersama untuk

membentuk siklus nitrogen (lihat gambar).

Faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi aktifitas mikroorganisme

seperti suhu, kelembaban, dan ketersediaan sumberdaya. Pada dasarnya, nitrogen

menghasilkan asam amino, yang membangun blok protein. Produk fotosintesis ini

akan dikonsumsi oleh binatang dan mikroba yang hidup bebas. Kemudian mereka

bakteri yang membusuk dalam bentuk jaringan alga dan jaringan binatang yang

mati serta kotoran. Bakteri yang membusuk mendapat energi dari memecah

senyawa ini. Pemecahan ini membebaskan senyawa anorganik seperti nitrat yang

7 | N i t r o g e n

Page 8: NITROGEN BIOKIMIA

merupakan nutrien dasar. Yang membuat siklus nitrogen menjadi kompeks adalah

banyak jenis bakteri yang berbeda memecah nitrogen.

Walaupun beberapa bakteri mengonsumsi zat organik terlarut atau

perubahan senyawa organik ke zat anorganik, nitrogen-fixing bacteria lain bisa

mengikat molekul nitrogen (N_2) ke dalam nutrien nitrat yang berguna

(〖NO〗 _3). Dan sebaliknya, bakteri denitrifikasi mengubah nitrat ke dalam

molekul nitrogen. Ketersediaan nitrogen membatasi aktivitas fotosintesis dalam

air yang dingin (temperate water). Sebagian besar karena konversi nitrogen

organik kembali ke nutrien nitrat membutuhkan tiga tahap pengonversian bakteri

yang memerlukan waktu sampai tiga bulan. Seiring berjalannya waktu

pengonversian selesai, nitrat akan tenggelam dekat euphotic zone. Karena

perkembangan yang kuat selama bulan-bulan musim panas, nitrat tidak mau

kembali ke euphotic zone sampai termoklin melemah, yang diikuti upwelling dan

mixing selama musim gugur dan musim dingin.

Sekitar 48% gas terlarut di air laut adalah nitrogen, berbalik dengan

kandunganya di atmosfer, sekitar 78% dari volume seluruhnya (Garrison 2006).

Ketika nitrogen monoksida bercampur dengan hujan, akan membentuk cairan

asam nitrit yang akan membunuh ikan dan menghancurkan bangunan.

8 | N i t r o g e n

Page 9: NITROGEN BIOKIMIA

Gambar 3. Daur Nitrogen

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

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 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).

9 | N i t r o g e n

Page 10: NITROGEN BIOKIMIA

d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan

terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.

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.

3. Amonifikasi

Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium

(NH4+) oleh bakteri dan jamur.

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 menjadinitrit (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

-

10 | N i t r o g e n

Page 11: NITROGEN BIOKIMIA

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." 

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 nitratsebagai 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 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O

6. Oksidasi Amonia Anaerobik

11 | N i t r o g e n

Page 12: NITROGEN BIOKIMIA

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

( Anonymousa,2012)

Gambar 4. Siklus Nitrogen

2.3 Metabolisme Nitrogen

Nitrogen merupakan elemen yang sangat esensial, menyusun bermacam-

macam persenyawaan penting, baik organik maupun anorganik. Nitrogen

menempati porsi 1 – 2 % dari berat kering tanaman. Ketersediaan nitrogen dialam

berada dalam beberapa bentuk persenyawaan, yaitu berupa : N2 (72 % volume

udara), N2O, NO, NO2, NO3 dan NH4+. Di dalam atanah, lebih dari 90%

nitrogen adalah dalam bentuk N-organik.

Di alam terjadi siklus N sebagai bagian proses aliran materi. Persenyawaan

nitrogen di luar tubuh organisme lebih banyak sebagai N-anorganik. Sebagian

12 | N i t r o g e n

Page 13: NITROGEN BIOKIMIA

berupa anion dan kation yang larut dalam air, berada dalam sistem tanah.

Sebagian lain persenyawaan nitrogen berada dalam fase gas di udara. Terjadi

perubahan siklis antara fase N-anorganik dan N-organik, yang melibatkan hewan,

tumbuhan, jamur dan mikro organisme lain dan faktor lingkungan abiotiknya.

Gambar 5 : Daur Nitrogen di Alam

Tumbuhan memperoleh intake atau material masukan yang sebagian besar

berupa kation maupun anion (N-anorganik) seperti NO3-, NH4+, dan urea. Pada

keadaan tertentu, tumbuhan dapat memperoleh pasokan N dari senyawa N-

organik sederhana berupa asam- asam amino tertentu. Tumbuhan tidak dapat

memanfaatkan atau memfiksasi gas N2 udara secara langsung, kecuali kelompok

tumbuhan yang bersimbion dengan baktaeri pengikat zat lemas. Selanjutnya N-

anorganik yang diserap akan dikonversi atau dimetabolisir di dalam sel menjadi

berbagai bentuk persenyawaan N-organik, sesuai kebutuhannya. Metabolisme N

penting dalam jaringan tumbuhan menyangkut : 1) asimilasi sumber nitrogen, 2)

13 | N i t r o g e n

Page 14: NITROGEN BIOKIMIA

sintesis asam amino, 3) sintesis amida dan peptida serta 4) sintesis dan

perombakan protein.

(1) Asimilasi sumber N

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.

14 | N i t r o g e n

Page 15: NITROGEN BIOKIMIA

(Suyitno,2012)

2.4 Fiksasi Nitrogen

Reaksinya sbb:

N2 + 6e - - 2NH3 (G’0 = +150 kkal/mol = +630 kJ/mol)

Fiksasi N dilakukan oleh beberapa bakteri yang hidup bebas maupun

bersimbiosis dengan akar tanaman, misal:  Clostridium pasteuranium,

Klebisella, Rhodobacter, Rhizobium

Fiksasi N diatur oleh sistem operon gen yang rumit, termasuk gen nif . Fiksasi

berlangsung apabila di lingkungan konsentrasi ammonia menurun/rendah.

Pada habitat terrestrial, fiksasi N oleh simbiosis Rhizobium dg tanaman

Leguminosae merupakan donor terbesar dari senyawa N.

Penelitian tentang fiksasi N telah banyak dilakukan, misal oleh Hardy et al

tahun 1968 ttg reduksi asetilen menjadi etilen oleh nitrogenase.

Hasil penelitian ttg 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.

15 | N i t r o g e n

Page 16: NITROGEN BIOKIMIA

Proses Fiksasi Nitrogen

Tahap pertama di dalam siklus nitrogen adalah fiksasi nitrogen atmosfer

oleh organisme pengikat nitrogen, yang menghasilkan ammonia (NH3). Amonia

dapat dimanfaatkan oleh hampir semua organisme hidup baik secara langsung

atau setelah pengubahannya menjadi senyawa terlarut lainnya, seperti nitrit, nitrat,

atau asam amino.

Mikroorganisme yang memfiksasi nitrogen disebut mikroorganisme

diazotrofik. Hanya beberapa spesies mikroorganisme dan tanaman yang dapat

melakukan fiksasi nitrogen atmosfer, yaitu:

a.   Beberapa bakteri yang hidup bebas, seperti sianobakteri atau ganggang hijau

biru, yang terdapat tidak hanya di dalam air tawar dan air asin, tetapi juga

pada tanah dan jenis-jenis bakteri tanah lainnya, seperti Azotobacter  mampu

melakukan fiksasi nitrogen atmosfer.

b.   Jenis fiksasi nitrogen lainnya terjadi pada tanaman leguminosa, yang

mencakup kacang-kacangan, cengkeh, di dalam suatu proses yang

memerlukan kerjasama tanaman inang dan bakteri simbiotik yang hidup pada

bintil akarnya yaitu bakteri Rhizobium. Tipe fiksasi nitrogen ini dinamakan

fiksasi nitrogen simbiotik. Enzim yang mengkatalisis fiksasi nitrogen

sebenarnya terletak pada bakteri yang hidup dibintil akar, tetapi tanaman

menyediakan komponen essensial yang tidak ada dibakteri.

Jumlah N2 yang difiksasi oleh mikroorganisme diazotrofik mencapai 1011

kg per tahun, jadi lebih kurang 60% dari fiksasi nitrogen yang baru dipermukaan

bumi. Petir dan radiasi ultraviolet memfiksasi 15% dan sekitar 25% lainnya

berasal dari berbagai proses pada industri.

Fiksasi nitrogen dikatalis oleh suatu kompleks enzim, yaitu kompleks

nitrogenase, yang aktivitasnya masih belum dipahami sepenuhnya. Karena sistem

nitrogenase bersifat tidak stabil dan segera mengalami inaktivasi oleh oksigen

atmosfer, enzim ini sulit untuk diisolasi dalam bentuk aktif dan dimurnikan.

Enzim yang mengkatalis fiksasi nitrogen terletak pada bakteri yang hidup dibintil

16 | N i t r o g e n

Page 17: NITROGEN BIOKIMIA

akar, tetapi tanaman menyediakan komponen esensial yang tidak ada pada

bakteri.

Produk fiksasi nitrogen stabil yang pertama dikenali adalah ammonia

(NH3), jadi proses keseluruhan dipandang terdiri dari reduksi nitrogen (N2)

molekulor menjadi dua molekul ammonia. Kompleks nitrogenase, yang

melaksanakan proses transformasi dasar ini terdiri dari dua macam protein yaitu

suatu reduktase yang menyediakan elektron dengan daya reduksi yang sangat kuat

dan suatu nitrogenase yang akan memakai elektron itu untuk mereduksi N2

menjadi NH3. Kedua komponen kompleks nitrogenase yaitu reduktase dan

nitrogenase merupakan protein besi-belerang. Reduktase disebut juga protein besi

atau Fe-protein, sedangkan komponen nitrogenasenya disebut juga protein

molybdenum-besi (Mo-Fe-protein). Kofaktor Fe-Mo terdiri atas dua rumpun yang

saling dihubungkan oleh 3 atom belerang. Kofaktor Fe-Mo merupakan situs untuk

fiksasi nitrogen.

Pemindahan elektron dari reduktase ke nitrogenase dirangkaikan kepada

reaksi hidrolisis ATP oleh reduktase. Kompleks nitrogenase ini sangat sensitive

terhadap O2 yang dapat menyebabkan inaktivasi proses ini. Kacang-kacangan

dapat memelihara kadar O2 bebas yang sangat rendah pada nodul-nodul diakarnya

melalui cara pengikatan O2 kepada leghemoglobin, yang merupakan homolog dari

hemoglobin.

Reduksi N2 menjadi NH3 merupakan proses yang menggunakan 6 elektron.

N2 + 6 e- + 6H 2 NH3

Reduktase ini tidak seluruhnya sempurna. H2 juga dibentuk bersama-sama NH3.

Jadi untuk ini diperlukan tambahan 2 elektron.

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

Pada mikroorganisme yang melakukan fiksasi nitrogen, kedelapan

elektron berpotensial tinggi itu berasal dari feredoksin tereduksi dihasilkan dalam

kloroplast oleh kerja fotosistem I. Melalui jalan lain feredoksin tereduksi dapat

pula dibentuk dari proses oksidatif. Fiksasi nitrogen memerlukan biaya energi

yang sangat besar. Paling sedikit 16 ATP dihidrolisis untuk setiap molekul N2

17 | N i t r o g e n

Page 18: NITROGEN BIOKIMIA

yang direduksi. Persamaan keseluruhan bagi fiksasi nitrogen dapat dituliskan

sebagai berikut:

N2 + 8 e + 16 ATP + 16 H2O 2NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi + 8H+

(Anonymousc,2012)

2.5 Kelebihan dan Kekurangan Nitrogen

Defisiensi unsur N memiliki cirri utama yang terlihat pada daun yakni

menguning (klorosis), keadaan ini berbeda dengan daun yang normal yakni

berwarna hijau tua yang berarti mengandung klorofil tinggi. Proses penguningan

daun tanaman yang kekurangan N dimulai dari daun – daun yang tua dan akan

terus ke daun – daun muda jika kekurangan N terus berlanjut. Kejadian ini

menunjukan bahwa N sangat mobil, artinya apabila kekurangan N maka N dalam

jaringan tua akan dimobilisasikan ke jaringan – jaringan muda (titik tumbuh)

sehingga pada jaringan tua terjadi klorosis dan pada jaringan muda tetap tumbuh

normal yakni berwarna hija. Gejala lainya adalah pertumbuhan lambat atau kerdil,

daun hijau kekuningan, daun sempit, pendek dan tegak, daun-daun tua cepat

menguning dan mati.

Kelebihan N akan menyebabkan keracunan, akibat kelbihan N yakni

pertumbuhan vegetative tanaman dapat ditingkatkan tetapi akan memperpendek

masa generative, yang akhirnya justru menurunkan produksi atau menurunkan

kualitas tanaman. Tanaman yang kelebihan N menunjukan warna hijau gelap dan

sukulen yakni terlalu banyak mengandung air, akibatnya tanaman menjadi sangat

rentan akan serangan organism penggangu tumbuhan (OPT) yakni hama, bakteri,

jamur, virus, dan gulma, selain itu tanaman juga mudah roboh. Keracuanan N

dapat dipicu karena  terlalu banyaknya unsur N yang tersedia Dalam am bentuk

ammonium (NH4+) meskipun penyerapan tanaman akan lebih maksimal jika N

18 | N i t r o g e n

Page 19: NITROGEN BIOKIMIA

dalam bentuk ion ini. Keracunan pada tanaman dapat mengakibatkan jaringan

pada vascular pecah dan berakibat terhambatnya resapan air.

( Purwadi,2012)

Gejala kekurangan nitrogen :

Tanaman tumbuh kurus kerempeng, daun tua berwarna hijau muda, lalu berubah

menjadi kekuning-kuningan, jaringatanaman mengering dan mati, buah kerdil,

kecil dan cepat masak lalu rontok.

Kelebihan nitrogen berakibat :

Menghasilkan tunas muda yang lembek / lemah dan vegetatif

Kurang menghasilkan biji dan biji-bijian

Menperlambat pemasakan / penuaan buah dan biji-bijian

Mengasamkan reaksi tanah, menurunkan PH tanah, dan merugikan tanaman,

sebab akan mengikat unsur hara lain, sehingga akan sulit diserap tanaman.

Pemupukan jadi kurang efektif dan tidak efisien. 

(Anonymousb,2012)

19 | N i t r o g e n

Page 20: NITROGEN BIOKIMIA

Gambar 6. Defisiensi Nitrogen

a) kekurangan

Gambar 7. Kekurangan nitrogen

Tanaman yang kekurangan nitrogen dikenali dari daun bagian bawah.

Daun itu menguning karena kekurangan klorofil. Lebih lanjut mengering dan

rontok. Tulang-tulang di bawah permukaan daun muda tampak pucat.

Pertumbuhan tanaman lambat , kerdil dan lemah. Produksi bunga dan biji

rendah.

b) Kelebihan

Warna daun terlalu hijau , tanaman rimbun dengan daun. Proses

pembuangan menjadi lama. Adenium bakal bersifat sekulen karena

mengandung banyak air. Hal itu menyebebkan rentan serangan cendawan dan

penyakit , dan mudah roboh. Produksi bunga menurun.

(Anonymousd,2012)

20 | N i t r o g e n

Page 21: NITROGEN BIOKIMIA

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Manfaat dan peran nitrogen bagi tumbuhan adalah memberikan warna pada

tanaman, panjang umur tanaman, penggunaan karbohidrat, 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 organic, meningkatkan mutu tanaman penghasil daun-daunan,

dan meningkatkan perkembangbiakan mikro-organisme di dalam tanah

Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi senyawa yang

mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang

lain. Siklus nitrogen terdiri atas fiksasi, asimilasi, amonifikasi, nitrifikasi,

denitrifikasi, dan oksidasi ammonia anaerobik.

Tumbuhan tidak dapat memanfaatkan atau memfiksasi gas N2 udara secara

langsung, kecuali kelompok tumbuhan yang bersimbion dengan baktaeri

pengikat zat lemas. Selanjutnya N-anorganik yang diserap akan dikonversi

atau dimetabolisir di dalam sel menjadi berbagai bentuk persenyawaan N-

organik, sesuai kebutuhannya. Metabolisme N penting dalam jaringan

tumbuhan menyangkut : 1) asimilasi sumber nitrogen, 2) sintesis asam amino,

3) sintesis amida dan peptida serta 4) sintesis dan perombakan protein.

Tahap pertama di dalam siklus nitrogen adalah fiksasi nitrogen atmosfer oleh

organisme pengikat nitrogen, yang menghasilkan ammonia (NH3). Amonia

dapat dimanfaatkan oleh hampir semua organisme hidup baik secara langsung

atau setelah pengubahannya menjadi senyawa terlarut lainnya, seperti nitrit,

nitrat, atau asam amino.

Kelebihan N akan menyebabkan keracunan, akibat kelbihan N yakni

pertumbuhan vegetative tanaman dapat ditingkatkan tetapi akan memperpendek

21 | N i t r o g e n

Page 22: NITROGEN BIOKIMIA

masa generative, yang akhirnya justru menurunkan produksi atau menurunkan

kualitas tanaman. Defisiensi unsur N memiliki cirri utama yang terlihat pada daun

yakni menguning (klorosis), keadaan ini berbeda dengan daun yang normal yakni

berwarna hijau tua yang berarti mengandung klorofil tinggi. Proses penguningan

daun tanaman yang kekurangan N dimulai dari daun – daun yang tua dan akan

terus ke daun – daun muda jika kekurangan N terus berlanjut. Gejala lainya

adalah pertumbuhan lambat atau kerdil, daun hijau kekuningan, daun sempit,

pendek dan tegak, daun-daun tua cepat menguning dan mati.

22 | N i t r o g e n

Page 23: NITROGEN BIOKIMIA

DAFTAR PUSTAKA

Anonymousa. 2012. Siklus Nitrogen.

http://kamuspengetahuan.blogspot.com/2011/08/daur-siklus-nitrogen.html Di

akses 5 Mei 2012

Anonymousb. 2012. Unsur Hara Nitrogen (N) 

http://pupukdsp.com/index.php/Pupuk-Tanaman/Unsur-Hara-Nitrogen-N.html

Di akses 6 Mei 2012

Anonymousc. 2012. Fiksasi Nitrogen.

http://www.angelfire.com/home/bioui/ML1.htm Di akses 6 Mei 2012

Anonymousd. 2012. Unsur Mikro.

http://chodoxcharming.blogspot.com/2011/01/gejala-kekurangan-dan-

kelebihan-unsur.html Di akses 6 Mei 2012

Garrison, Tom. 2006. Essentials of Oceanography 4th ed. California : Thomson

Brooks/Cole

Harrison, John Arthur. 2003. The Nitrogen Cycle of Microbes and Men

Visionlearning Vol. EAS-2 (4) (terhubung berkala)

http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=98 Di akses

5 Mei 2012

Immawatitari. 2012. Antara Nitrogen dan Tanaman.

http://immawatitari.wordpress.com/2012/04/07/215/ Di akses 6 Mei 2012

Purwadi,Eko. 2012. Batas Kritis Suatu Unsur Hara dan Pengukuran Kandungan

Klorofil. http://www.masbied.com/2011/05/19/batas-kritis-suatu-unsur-hara-

dan-pengukuran-kandungan-klorofil/ Di akses 6 Mei 2012

23 | N i t r o g e n

Page 24: NITROGEN BIOKIMIA

Suyitno. 2012. Metabolisme Nitrogen.

http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pengabdian/suyitno-aloysius-drs-ms/

materi-pengayaan-tim-ibo-sman-7-purworejo-tentang-metabolisme-n.pdf Di

akses 6 Mei 2012

24 | N i t r o g e n