BAB I
PENDAHULUAN
A.Latar Belakang
Istilah metabolisme, berasal dari bahasa Yunani,
berarti perubahan atau transformasi. Metabolisme juga merupakan proses-proses
kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel. Metabolisme disebut juga
reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator
enzim. Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia
organik,
- katabolisme, yaitu reaksi yang mengurai
molekul senyawa organik untuk mendapatkan energi
- anabolisme,
yaitu reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-molekul tertentu,
untuk diserap oleh sel tubuh.
Latin: nitrum, Yunani: Nitron, soda alami, membentuk,
Nitrogen ditemukan oleh kimiawan dan fisikawan Daniel Rutherford di tahun 1772.
Dia memisahkan oksigen dan karbon dioksida dari udara dan menunjukkan gas yang
tersisa tidak menunjang pembakaran atau mahluk hidup. Pada saat yang bersamaan
ada beberapa ilmuwan lainny yang mengadakan riset tentang nitrogen. Mereka
adalah Scheele, Cavendish, Priestley, dan yang lainnya. Mereka menamakan gas
ini udara tanpa oksigen.
Nitrogen adalah senyawa yang tersebar luas di biosfir.
Atmosfer bumi mengandung sekitar 78% gas nitrogen. 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 merupakan salah satu unsur yang sangat
diperlukan oleh semua makhluk hidup.Tanaman mendapat pasokan Nitrogen terutama
berasal dari tanah bentuk NO3-1(nitrat).Kotoranhewan (kohe) , brangkasan
tanaman , bangkai binatang dan mikroba dalam tanah merupakansumber nitrogen.
Akan tetapi tidak segera tersedia bagi tanaman. Bagi tanaman kacang-kacangan
pasokan nitrogen dapat juga berasal dari proses fiksasi N2dari udara oleh
bakterimenjadi amonia. BakteriRhizobium, Bradyrhizobium dan
Azorrhizobiumbersimbiose dengantanaman kacang-kacangan menfiksasi Enzim penting yang berperan dalam reduksi N2→
NH3 adalah Nitrogenase. Amonia akan dikonversi menjadi glutamin, asam glutamat,
danasparagin dan ureide (allantoin dan asam allantoic)suatu senyawa yang kaya
akan nitrogen.Senyawa tersebut akan ditrasnlokasikan dari nodula ke bagian
tanaman lainnya. Selanjutnyamelalui proses transaminasi akan terbentuk asam
amino lainnya. Beberapa asam amino langsungmembentuk asam amino baru.
Pusat lintasan metabolisme nitrogen adalah siklus
urea. Senyawa yang diperlukan dalamsiklus urea adalah CO2,ATP, NH3dan H2O .
CO2dan ATP berasal dari respirasi, sedangkan NH3 berasal dari degradasi
protein. Dalam siklus urea terbentuk beberapa senyawa produk antara
(intermediate) yaitu sitrulin, arginin dan ornitin yang berperan sebagai
prekursor senyawaurea. Hasil akhir dari siklus urea adalah urea (CH4ON2)
,H2O,ADP dan fosfat.
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.
BAB II
PEMBAHASAN
A. Peran Nitrogen bagi Tanaman
Nitrogen merupakan hara mineral esensil paling banyak
dimanfaatkan dalam praktek pertanian yang diberikan dalam bentuk
pupuk. Nitrogen merupakan unsure penyusun asam amino, protein, asam nukleat dan
sebagainya disamping unsur hara lainnya. Nitrogen yang dapat di manfaatkan
oleh tanaman tinggkat tingggi khususnya tanaman budidaya dapat di bedakan
atas empat kelompok utama yaitu: nitrogen nitrat (NO3-), nitrogenammonia
(NH4+), nitrogen molekuler (N2) dan nitrogen organic. Tidak semua bentuk-bentuk ini
dapat dimanfaatkan oleh suatu jenis tnaman. Umumnya tanaman pertanian
memanfaatkan nitrat dan ammonium kecuali pada beberapa tanaman legume mampu
memanfaatkan N bebasmelalui proses fiksasi N dengan bersimbiosis dengan
bakteri. N organic kadang-kadang dapatdimanfaatkan oleh tanaman tinggi akan
tetapi tidak mampu mencukupi kebutuahan N tanamandan umumnya dimanfaatkan lewat
daun melalui pemupukan lewat daun. Bagi tanaman pertanian terutama manfaat N
dalam bentuk ion nitrat, akan tetapi dalam kondisi tertentu khususnya pada
tanah – tanha masam dan kondisian aerobic tanaman akan memanfaatkan N dalam
bentuk ionammonium (NH4+).
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.
Nitrogen
yang dapat di manfaatkan oleh tanaman tinggkat tingggi khususnya tanaman
budidaya dapat di bedakan atas empat kelompok utama yaitu:
1. Nitrogen nitrat (NO3-),
2. Nitrogen ammonia (NH4+),
3. Nitrogen molekuler (N2) dan
4. Nitrogen organic.
Namun
tidak semua dari bentuk – bentuk nitrogen ini dapat tersedia bagi tanaman.
Umumnya tanaman pertanian memanfaatkan nitrat dan ammonium kecuali pada
beberapa tanaman legume yang mampu memanfaatkan N bebas melalui proses fiksasi
N dengan bersimbiosis dengan bakteri Rhizobium. N organic kadang – kadang dapat
dimanfaatkan oleh tanaman tinggi akan tetapi tidak mampu mencukupi kebutuhan N
tanaman dan umumnya dimanfaatkan lewat daun melalui pemupukan lewat daun.
B. SIKLUS NITROGEN (N2)
Gas nitrogen banyak terdapat di atmosfer, yaitu sekitar 78%
dari udara. Nitrogen bebas dapat ditambat/difiksasi terutama oleh tumbuhan yang
berbintil akar (misalnya jenis polongan) dan beberapa jenis ganggang. Nitrogen
bebas juga dapat bereaksi dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat/
petir.
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.
Siklus nitrogen merupakan salah satu siklus hara paling
penting yang ada di permkaan bumi. Nitrogen digunakan oleh organisme hidup
untuk menghasilkan sejumlah kompleks organik molekul seperti asam amino,
protein, dan asam nukleat.
Dibawah ini adalah agen-agen yang berperan dalam siklus
nitrogen.
1.
Fiksasi nitrogen oleh bakteri
dapat memperbaiki atmosfer gas nitrogen (N 2) untuk amonia (NH 3) dalam reaksi
pengurangan. Persamaan untuk reaksi ini adalah: N 2 + 3H 2 —-> 2NH 3
Beberapa bakteri pengikat nitrogen yang hidup bebas di tanah misalnya
Azotobacter Beberapa, misalnya Rhizobium, membentuk mutualistic (simbiotik)
hubungan dengan legum (kacang polong, kacang-kacangan, semanggi dll, Ini adalah
anggota Papilionaceae) di mana bakteri hidup di nodul pada akar tanaman.
Bakteri menyediakan tanaman dengan tetap nitrogen, tanaman memberikan bakteri
dengan karbohidrat. Gambar di bawah ini menunjukkan nodul akar dalam anggota
Papilionacea
2.
Decomposer adalah bakteri dan
jamur yang membusuk bangkai binatang dan tanaman dan, dalam proses mengkonversi
nitrogen organik mereka (yang ditemukan dalam protein dan asam nukleat) menjadi
anorganik, amonium (NH 4 +) .
3.
Bakteri nitrifikasi adalah bakteri
yang interconvert molekul nitrogen anorganik: Nitrosomonas mengubah amonium (NH
4 +) ke nitrit (NO 2 -) ,Nitrobacter mengubah nitrit (NO 2 -) menjadi nitrat
(NO 3 -) .Secara bersama proses-proses ini dikenal sebagai nitrification
.Nitrification hanya terjadi bila kondisi tanah tidak sesuai yaitu berawa,
terlalu dingin atau terlalu asam. Jika kondisi tanah yang tidak sesuai
terakumulasi ammonium
4.
Baktei denitrifikasi adalah
bakteri yang mengubah nitrat (NO 3 -) untuk nitrit (NO 2 -) dan kemudian ke gas
nitrogen (N 2) .Bakteri ini mengkonversi nitrogen anorganik ke dalam atmosfer
nitrogen; suatu proses yang dikenal sebagai denitrifikasi. Contoh bakteri ini
adalah Pseudomonas, Thiobacillus dll. Ini adalah denitrifikasi bakteri anaerob
sehingga hanya terjadi dalam kondisi anaerob (misalnya ketika tanah
berawaFiksasi nitrogen oleh energi yang tinggi yang tersedia dari petir yang
cukup untuk memperbaiki atmosfer nitrogen nitrat
5.
Haber-Bosch: ini adalah sepenuhnya
proses buatan yang digunakan dalam pembuatan pupuk amonium – tetapi karena
kontribusi terhadap total fiksasi nitrogen atmosfer sering termasuk
6.
Pencucian: hilangnya nitrat dari
tanah sebagai akibat dari hujan lebat turun. Nitrat larut ke dalam tubuh air
(misalnya danau) memperkaya mereka dan membuat mereka lebih subur. Proses ini
dikenal sebagai eutrofikasi.
N-
TERSEDIA BAGI TANAMAN.
Nitrogen yang dapat di manfaatkan oleh tanaman tinggkat
tingggi khususnya tanaman budidaya dapat di bedakan atas empat kelompok utama
yaitu:
1. Nitrogen
nitrat (NO3-),
2. Nitrogen
ammonia (NH4+),
3. Nitrogen
molekuler (N2) dan
4. Nitrogen
organic.
Namun tidak semua dari bentuk – bentuk
nitrogen ini dapat tersedia bagi tanaman. Umumnya tanaman pertanian
memanfaatkan nitrat dan ammonium kecuali pada beberapa tanaman legume yang
mampu memanfaatkan N bebas melalui proses fiksasi N dengan bersimbiosis dengan
bakteri Rhizobium. N organic kadang – kadang dapat dimanfaatkan oleh tanaman
tinggi akan tetapi tidak mampu mencukupi kebutuhan N tanaman dan umumnya
dimanfaatkan lewat daun melalui pemupukan lewat daun.
Bagi tanaman pertanian terutama manfaat N dalam bentuk ion
nitra, akan tetapi dalam kondisi tertentu khususnya pada tanah – tanah masam
dan kondisi an aerobic tanaman akan memanfaatkan N dalam bentuk ion ammonium
(NH4+). Pada tanaman – tanaman yang tumbuh aktif dengan cepat nitrat yang
terabsopsi oleh akar tanaman akan terangkut dengan cepat ke daun mengikuti alur
transpirasi. Oleh karena itu metabolisme nitrat pada kebanyakan tanaman
budidaya umumnya terjadi didaun walaupun metabolisme nitrogen juga terjadi pada
akar tanaman.
Gambar siklus
nitrogen
C. PENAMBATAN NITROGEN
Proses reduksi N2
menjadi NH4 dinamakan penambatan nitrogen. Proses ini dilakukan oleh
mikroorganisme prokariotik, penambatan nitrogen ini melibatkan bakteri tanah
yang hidup bebas, sianobakteri (ganggang hijau-biru) yang hidup dipermukaan
tanah atau di dalam air, sianobakteri yang hidup bersimbiosis dengan fungi,
lumut, pakis dan bakteri yang berasosiasi secara simbiotik dengan akar,
khususnya pada tumbuhan kacangan.
Adanya bakteri menyebabkan rambut akar menggulung. Sejalan
dengan masuknya bakteri akar membentuk
benang infeksi yang di dalamnya ada bakteri bintil. Benang infeksi terus
berkembang sampai di korteks dan mengadakan percabangan. Percabangan ini
menyebabkan jaringan korteks membesar yang dapat dilihat sebagai bintil. Di
tempat ini terjadi fiksasi N.
Pada tumbuhan kacangan ini, bakteri yang berperan adalah
Rhizobium, Bradyrhizobium, dan Azhorhizobium.
Semua Rhizobium adalah bakteri aerob yang bertahan secara saprofit di
dalam tanah sampai mereka menginfeksi bulu akar. Infeksi bakteri ini menyebabkan apa yang kita
sebut bintil akar.
Tahapan pembentukan
bintil akar tersebut sebagai berikut, :
- Bakteri menginfeksi bulu akar.
- Enzim dari bakteri merombak dinding sel sehingga bakteri dapat
masuk ke
- Bulu akar membentuk struktur lir- benang yang di sebut benang
infeksi , yang terdiri dari membran
plasmalurus dan memenjang dari sel yang terserang.
- Bakteri membelah dengan cepat di dalam benang yang menjalar ,
masuk dan
menembus
sel korteks .
- Pada sel korteks sebelah dalam, bakteri dilepas ke sitoplasma dan
merangsang sel (khususnya sel tetraploid) untuk membelah, yang menyebabkan
proliferasi jaringan membentuk bintil akar dewasa.
Setiap bakteri yang membesar dan tidak bergerak disebut
bakteroid. Bakteroid biasanya berada di sitoplasma secara berkelompok dan
masing-masing dikeliingi oleh membran peribakteroid. Antara membran bakteroid
dan kelompok bakteroid terdapat daerah yang disebut ruang peribakteroid.
Di luar ruang peribakteroid, di sitoplasma terdapat protein
yang dinamakan leghemoglobin, yang menyebabkan bintil kacangan warnanya merah
muda. Dan diperkirakan leghemoglobin mengangkut O2 untuk bakteri.
Penambatan Nitrogen di bintil akar terjadi secara langsung
di dalam bakteroid. Tumbuhan inang menyediakan karbohidrat bagi bakteroid, yang
akan dioksidasi sehingga diperoleh energi. Beberapa elektron dan ATP yang
diperoleh selama oksidasi di bakteroid digunakan untuk mereduksi N2 menjadi NH4
Reaksi penambatan
nitrogen secara keseluruhan adalah sebagai berikut, :
N2+ 8 elektron + 16 Mg ATP +16 H2O→2NH3 +
H2 + 16Mg ATP + 16 Pi + 8H+
Enzim yang diperlukan
adalah enzim nitrogenase.
Tahapannya adalah
sebagai berikut, :
Respirasi karbohidrad
pada bakteroid menyebabkan reduksi NAD menjadi NADH atau NADP menjadi NADPH. Oksidasi piruvat
selama respirasi menyebabkan reduksi flavodoksin.
Kemudian Flavoduksin, NADH atau NADPH mereduksi
feredoksin.
Nitrogenase
menerima elektron dari flavodoksin tereduksi, feredoksin atau bahan pereduksi efektif lainnya saat mengkatalisis
penambatan N2. Netrogenase terdiri dari
dua protein yang berlainan, yaitu protein Fe dan Protein Fe-Mo. Protein Fe
mengandung 4 atom besi sementara protein Fe-Mo mempunyai atom molibdenum dan 28
atom besi.
Baik
molebdenun ataupun besi menjadi tereduksi,
kemudian dioksidasi saat nitrogenase menerima elektron dari feredoksin dan
mengangkutnya ke N2 untuk membentuk NH4.
NH4 diangkut keluar dari bakteroid dan digunakan oleh tumbuhan inang. Di
sitosol, yang mengandung bakteroid
(bagian luar membran peribakteroid) NH4 diubah menjadi glutamin, asam glutamat,
asparagin, dan ureida (alantoin dan asam alantoat).
Faktor-faktor yang
dapat meningkatkan penambatan nitrogen antara lain :
a. Faktor Lingkungan
Mencakup
kelembaban yang cukup, suhu hangat, sinar matahari yang terang, konsentrasi CO2
yang tinggi.
b. Faktor Genetik
Mencakup proses pengenalan yang dikendalikan secara genetis
antara spesies bakteri dan spesies atau varietasi tumbuhan kacangan dan
kemampuan nitrogenase dari semua organisme untuk mereduksi H+ dan persaingan
dengan N2 serta tahap pertumbuhan
Pada
dasarnya jumlah terbesar yang ditambah oleh tumbuhan asli tahunan dan tumbuhan
kacangan pada pertumbuhan adalah saat perkembangan reproduksi.
Mekanisme
penambatan nitrogen secara biologis dapat digambarkan melalui persamaan berikut
ini. Dua molekul amonia dihasilkan dari satu molekul gas nitrogen dengan
menggunakan 16 molekul ATP dan pasokan elektron dan proton (ion hidrogen).
N2+8H+8e+16ATP=2NH3+H2+16ADP+16Pi
BAB III.
PENUTUP
A. Kesimpulan
Nitrogen merupakan salah satu unsure 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 ammonium. 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).
Nitrogen merupakan hara mineral esensil paling banyak
dimanfaatkan dalam praktek pertanian yang diberikan dalam bentuk
pupuk. Nitrogen merupakan unsure penyusun asamamino, protein, asam nukleat dan
sebagainya disamping unsur hara lainnya.Pada tanaman – tanaman yang tumbuh
aktif dengan cepat nitrat yang terabsopsi oleh akar tanaman akan terangkut
dengan cepat ke daun mengikuti alur transpirasi
.
Oleh karena itu metabolism nitrat pada kebanyakan tanaman
budidaya umumnya terjadi didaun walaupun metabolism nitrogen juga terjadi pada
akar tanaman.Semua mikroorganisme mampu melakukan fiksasi nitrogen, dan
berasosiasi dengan N- bebas yang berasal dari tumbuhan. Nitrogen dari
proses fiksasi merupakan sesuatu yang penting dan ekonomis yang dilakukan oleh
bakteri genusRhizobium dengan tumbuhan Leguminosa termasuk Trifollum
spp, Gylicene max ( soybean),Viciafaba ( brand bean ), Vigna
sinensis (cow- pea), Piscera sativam(chick-pea), danMedicago
sativa(lucerna) (Rompas,1998).Kegunaan nitrogen (n) bagi tanaman diantaranya
sebagai :1. Diserap tanaman dalam bentuk NH4+ dan NO3-2. Dalam tanaman N, -NH,
atau NH2 (Protein), mempengaruhi Pertumbuhan Vegetatif,Warna, Panjang umur
tanaman, Penggunaan Karbohidrat, Tanaman KekuranganUnsur Nitrogen, Maka,
Pertumbuhan tertekan, Warna daun kuning.
B. Saran
Adapun
saran yang dapat diambil dari selesainya makalah ini adalah
- Dapat memahami dan
menjelaskan peranan Nitrogen dalam tanaman;
terutama
bagi penulis dan pembaca
- Dapat memahami proses fiksasi N2 oleh bakteri rhizobium dan
menerapkannya di bidang budidaya tanaman;
- Penulis banyak berharap para pembaca memberikan kritik dan saran
yang sifatnya membangun kepada
penulis demi sempurnanya makalah ini
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2009. Siklus Biogeokimia.Online.http://id.wikipedia.org/wiki/Siklus_karbon, 25Apr2012
Kuncoro. 2007. Pola
dan TipeDasarSiklusBiogeokimiaOnline.http://kun.co.ro/2007/01/10/,
25Apr2012
Riastuti,Dwi.2005.DaurBiogeokimia.http://www.freewebs.com/ciget/daur%20biogeokimia.html
[25 April 2012]
metabolismenitrogen.http://google.com/wikipedia/.25
Apr 2012
