Siklus Nitrogen Atmosfer mengandung hampir 78 % Nitrogen (N 2 ) Hanya beberapa spesies saja yang dpt mengubah nitrogen atmosfer menjadi bentuk nitrogen yg bermanfaat bagi organisme hidup.
Organisme lain, perlu menghemat dan menggunakan kembali nitrogen yg tersedia secara biologik di dalam siklus nitrogen.
Siklus nitrogen merupakan pergerakan nitrogen dalam rantai makanan dari senyawa anorganik sederhana terutama amonia menjadi senyawa organik kompleks
Siklus Nitrogen •
Fiksasi Nitrogen N2
•
→
Nitrifikasi NH3
•
NH4+
→
NO2-
→
NO3-
Denitrifikasi NO2- & NO3- → N2
•
Asimilasi Nitrogen NH4+
•
→
Nitrogen organik
Deaminasi Nitrogen organik
→
NH4+
Siklus nitrogen Tahap pertama dari siklus nitrogen adalah fiksasi nitrogen atmosfer oleh organisme pengikat nitrogen
amoniak
Amoniak dapat dimanfaatkan oleh semua organisme hidup Tp ada bbrp bakteri tanah yg memperoleh energi dengan mengoksidasi amoniak
nitrit
nitrat (nitrifikasi)
Tumbuhan dapat menyimpan nitrat dengan konsentrasi tinggi tanpa menimbulkan efek yang merugikan tanaman
Tetapi hewan dan manusia yang mengkonsumsi nitrat dengan kadar yang tinggi dapat mengalami methemoglobinemia (hemoglobin teroksidasi)
• Methemoglobinemia
adalah penyakit dimana hati akan mereduksi
nitrat menjadi nitrit, yang kemudian bereaksi dengan hemoglobin dan mengakibatkan hemoglobin tidak mampu mengikat oksigen • Tumbuhan
mengasimilasi nitrat yang diabsorbsi menjadi senyawa
nitrogen organik • Reaksi
pertama adalah reduksi nitrat menjadi nitrit dalam sitosol
oleh enzim nitrat reduktase NO3- + NAD(P)H + H+ + 2e NO2- + NAD(P) + H2O
•
Nitrit(NO2- ) adalah ion yang sangat reaktif dan toksik
•
Tumbuhan kemudian secara cepat memindahkan nitrit dari sitosol ke kloroplas (daun) atau platida (akar) untuk kemudian direduksi menjadi amonium oleh enzim nitrit reduktase
•
Kebanyakan jenis tanaman lebih mudah mengasimilasi nitrat diikuti oleh nitrit dan amonium
•
Taraf amonium yang tinggi bersifat toksik baik pada tumbuhan maupun hewan.
•
Hewan akan menghindar dari bau amonium yang menyengat
•
Sementara tumbuhan akan segera menyimpan amonium dalam vacuola sehingga menghindari efek toksik pada membran dan sitosol
• Sel-sel
tumbuhan menghindari toksisitas amonium yang dihasilkan dari asimilasi nitrat atau fotorespirasi dengan cara merubahnya secara cepat menjadi asam amino
• Amoniak
dapat dibangun menjd asam amino oleh tanaman, dan kmd dipergunakan hewan sebagai sumber asam amino untuk membangun protein hewan
• Pada
hewan yg telah mati degradasi protein mengembalikan amoniak ke tanah.
Fiksasi Nitrogen • Jumlah
nitrogen yang difiksasi
melalui proses industri : 25%. •
Petir dan radiasi uv memfiksasi sekitar 15%
•
60% berasal dari fiksasi secara biologi
Fiksasi Nitrogen •
Secara industri (proses Haber) N2 dapat direduksi mjd NH3 oleh H2 pada suhu dan temperatur tinggi, karena •
Stabilitas ikatan triple N2
•
Reduksinya menjadi NH3 dihalangi oleh Energi aktivasi tinggi.
•
15 – 25 MPa (2,200 – 3,600 psi) or 150 – 250 bar
•
between 400 – 500 C (752 – 932 F) °
°
Fiksasi nitrogen Secara biologis, NH3 dapat dibentuk dari N2 oleh enzim nitrogenase yg terdapat pd bakteri penfiksasi nitrogen
Hanya beberapa spesies mikroorganisme yang dapat melakukan fiksasi nitrogen yaitu seperti: ganggang hijau biru dan azobacter
Fiksasi nitrogen lain terjadi pada tanaman kacang2an seperti buncis dan kedelei
Fiksasi nitrogen
nodule cell nucleus
Akarnya mempunyai bintil2 yang
berisi bakteri yang mampu menambat nitrogen udara, sehingga nitrogen tanah yang telah diserap tanaman dapat diganti Bakteri pemfiksasi nitrogen yg terdapat pd akar kacang2an adalah jenis bakteri rhizobium Untuk mengambil nitrogen, bakteri menggunakan enzim kompleks nitrogenase
bacteroids
2 m
Fiksasi nitrogen Kompleks nitrogenase terdiri dari dua macam protein yaitu
Reduktase yang menyediakan elektron dengan daya reduksi yang sangat kuat
Nitrogenase yang akan memakai elektron itu untuk mereduksi N2 menjadi NH3
Pemindahan elektron dari reduktase ke nitrogenase dirangkaikan kepada reaksi hidrolisis ATP menjadi ADP
Kompleks nitrogenase sangat sensitif dengan O2 yang dpt menyebabkan inaktivasi proses ini.
kacang2an dapat memelihara kadar O2 bebas yang sangat rendah pada akarnya dengan cara pengikatan O2 kepada leghemoglobin.
Fiksasi nitrogen •
Simbiosis antara bakteri dan tanaman saling menguntungkan kedua belah pihak
•
Bakteri mendapat zat hara yang kaya energi dari tanaman inang sedangkan tanaman inang mendapatkan nitrogen dari bakteri untuk melangsungkan kehidupannya.
Asimilasi nitrogen Langkah berikutnya adalah penggunaan nitrogen untuk sintesis biomolekul melalui masuknya NH4 ke dl mol asam amino
Glutamin dan glutamat memegang peranan penting dl proses ini.
Gugus amino
dari kebanyakan asam amino berasal dari
gugus amino pada glutamat melalui reaksi transaminasi
