Metabolisme Nitrogen

NITROGEN

Nitrogen merupakan salah satu unsur yang sangat diperlukan oleh semua makhluk hidup. Nitrogen diambil dan diserap oleh tanaman dalam bentuk : NO3- NH4+

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.

Adapun sumber Nitrogen adalah :
a. Terjadi halilintar di udara ternyata dapat menghasilkan zat Nitrat, yang kemudian di bawa air hujan meresap ke bumi.

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

c. Mikrobia atau bakteri-bakteri.

d. Pupuk buatan (Urea, ZA dan lain-lain)

Kerja enzim nitrat reduktase

NH3 —– asam amino —–
protein dan asam nukleat (DNA dan RNA). Jadi NH3 adalah prekursor untuk selanjutnya membentuk asam amino dan asam amino membentuk protein dan asam nukleat.
2. Mo berperan pada metabolisme hormon tanaman. Kekurangan Mo maka per-tumbuhan terhambat karena kadar NO3 – menumpuk dalam tubuh tanaman.

Mo

     Unsur ini diserap dalam bentuk MoO4- . Esensi unsur ini:
1. Sebagai aktivator dan penyusun enzim sitrat reduktase yaitu enzim yang bekerja membantu perubahan ion NO3- menjadi NH3 yang siap dipakai untuk pem-bentukan asam amino dan protein untuk pembelahan dan pembesaran sel.

Proses Transaminasi

            Pemindahan gugusan amino (NH2) dari suatu asam amino ke ikatan lainnya yang biasanya asam keton  sehingga terjadi asam amino.

Alanina biasanya dibuat melalui transfer satu gugus amina ke asam piruvat. Reaksi transaminasi bersifat reversibel (dapat-balik) sehingga alanina mudah dibuat dari piruvat dan berhubungan erat dengan jalur metabolik utama seperti jalur glikolisis, glukoneogenesis, dan daur sitrat.

 

Bagi tanaman kacang-kacangan pasokan nitrogen dapat juga berasal dari proses fiksasi N2 dari udara oleh bakteria menjadi amonia. Bakteri Rhizobium, Bradyrhizobium dan Azorrhizobium bersimbiosis dengan tanaman kacang-kacangan menfiksasi N2

 

Fiksasi Nitrogen.

Unsur kimia yang paling menonjol dalam sistem kehidupan adalah O, H, C, N, dan P. Unsur O, H, dan P terdapat secara luas dalam bentuk tersedia bagi metabolisma yaitu H2O, O2 dan Pi. Sebagian besar bentuk tersedia dari C dan N adalah CO2 dan N2, dimana keduanya sangat stabil (tidak reaktif). N2 misalnya, N—N dalam bentuk triple bond (dengan 3 ikatan) mempunyai ikatan energi sebesar 945 kJ.mol-1, bandingkan dengan ikatan tunggal antara C— O dengan energi sebesar 351 kJ.mol-1. CO2 hanya dapat dimetabolisma, difiksasi oleh organiosma fotosintetik. Fiksasi N2, lebih tidak umum, dimana unsur ini hanya dikonversi menjadi bentuk yang lebih berguna hanya oleh beberapa strain bakteri. Rhizobium, bakteri yang mampu memfiksasi nitrogen, hidup bersimbiosis dalam bintil akar tanaman leguminosa, mengubah N2 menjadi NH3.

N2 + 8H+ + 8e- + 16 ATP ————– 2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi

 

Gambar 8-17. Reduksi N2 terjadi dalam 3 tahap reaksi yang masing-masing melibatkan pasangan elektron. Nitrogenase juga mereduksi H2O menjadi H2 yang selanjutnya bereaksi dengan diimin membentuk kembali N2.

 

 

Gambar.Aliran elektron dalam reduksi N2 oleh nitrogenase

 

Jadi NH3, dapat digabungkan dengan glutamat oleh glutamat dehidrogenase atau dengan glutamin oleh  glutamin synthetase. Sistem ini menghasilkan nitrogen dalam bnetuk yang bermanfaat dalam jumlah yang lebih banyak dari pada yang dibutuhkan tanaman sehingga kelebihannya diekskresikan ke lingkungan tanah, sehingga dapat memperkaya tanah.

Nitrogenase sangat sensitif terhadap oksigen, jika terdapat oksigen maka segera mengalami inaktivasi. Oleh karena itu harus dijaga dari molekul reaktif tersebut. Pada Cyanobakter mempunyai sel non fotosintetik disebut heterokis yang melindungi enzim dari O2, dan berfungsi khusus untuk fikasi N2. Pada bintil akar

leguminosa, terdapat leghemoglobin dimana bagian globion berfungsi untuk mengikat O2. Leghemoglobin ini mempunyai afinitas yang sangat tinggi terhadap O2 menjaga konsentrasi O2 cukup rendah untuk menjaga nitrogenase tetapi cukup menyediakan transpor pasif O2 untuk bakteri. Reduksi N2 merupakan proses yang

cukup menghabiskan energi. Dalam aktivitasnya nitrogenase memerlukan sumber elektron dan ATP.

 

Gambar. Bintil akar Leguminosae, tempat Fiksasi Nitrogen.

 

 

SIKLUS UREA

Siklus urea merupakan suatu lingkaran proses dimana ornitin di konversi à arginin (melalui pembentukan sitrulin) yang kemudian dipecah menjadi Urea + Ornitin . ornitin analog dengan Ox-Asetat pada siklus TCA.

Siklus urea sebagai pusat lintasan metabolisme nitrogen. Senyawa yang diperlukan dalam siklus urea adalah CO2, ATP, NH3 dan H2O. CO2 dan 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 senyawa urea. Hasil akhir dari siklus urea adalah urea (CH4,ON2), H2O, ADP dan Fospat.

 

 

 

 

 

 

 

 

PERTANYAAN

  1. Mengapa Nitrogen merupakan zat yang penting bagi tanaman. Jelaskan !
  2. Jelaskan peran enzim Nitran reduktase, Nitrit reduktase dan Nitrogenase.
  3. Bagaimana proses sintesis asam amino melalui proses transaminasi
  4. Apakah semua asam amino sebagai penyusun protein ? jelaskan
  5. Uraikan secara sederhana proses fiksasi N2 dari udara oleh bakteri Rhizobium
  6. Adakah bakteri lain yang mempunyai kemampuan fiksasi N2 dari udara.
  7. Apa yang dimaksud dengan siklus urea.
  8. Apa yang saudara ketahui dengan urea acid.

 

JAWABAN

  1. Karena nitrogen mempunyai banyak fungsi bagi tanaman, diantaranya yaitu :
    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.

Nitrogen diambil dan diserap oleh tanaman dalam bentuk : NO3, NH4+

 

  1. Peranan enzim
  • Nitrat reduktase mengangkut dua electron dari NADH, hasilnya berupanitrit
  • Nitrit reduktase pengkatalis pada proses reduksi nitrit menjadi ion ammonium di daun secara in vitro = menerima secara lemah electron dari NADH, NAPDH, atau senyawa flavin alamiah misalnya FADH2
  • Nitrogenase,membantu nitrat pada reduksi N2 dalam fiksasi nitrogen
  1. Proses Transaminasi : Pemindahan gugusan amino (NH2) dari suatu asam amino ke ikatan lainnya yang biasanya asam keton  sehingga terjadi asam amino. Alanina biasanya dibuat melalui transfer satu gugus amina ke asam piruvat. Reaksi transaminasi bersifat reversibel (dapat balik) sehingga alanina mudah dibuat dari piruvat dan berhubungan erat dengan jalur metabolik utama seperti jalur glikolisis, glukoneogenesis, dan daur sitrat.

 

  1. Tidak, tidak semua asam amino dapat berperan sebagai protein karena

1)      Asam amino yang menyusun protein organisme ada 20 macam disebut sebagai asam amino standar. Yang terdiri dari:

a.Asam amino non polar (Glisin, alanin, valin, leusin, isoleusin dan prolin)

b.Asam amino polar (Serin, threonin, sistein, metionin, asparagin, glutamin)

c.Asam amino dengan gugus R aromatic (Fenilalanin,tirosin dan triptofan)

d.Asam amino dengan gugus R bermuatan positif (Lisin,argini dan histidin)

e.Asam amino dengan gugus R bermuatan negatif (Aspartat dan glutamat)

2)      Ada kurang lebih 300 asam amino non standar dijumpai pada sel. Asam amino non standar merupakan asam amino diluar 20 macam asam amino standar. Asam amino standar  terjadi karena modifikasi yang terjadi setelah suatu asam amino standar menjadi protein. Beberapa ditemukan asam amino nonstandar yang tidak menyusun protein merupakan senyawa antara metabolisme (biosintesis arginin dan urea).

  1. Fiksasi nitrogen ini dilakukan oleh bakteri Rhizobium yang bersimbiosis dengan polong-polongan, bakteri azotobacter dan clostridium. Sebagian kecil nitrogen masuk kedalam tanah dari atmosfir dalam bentuk ion ammonium ( NH4+) dan nitrat  ( NO3 ) bersama hujan  dan kemudian diserap akar. NH4+ ini berasal dari pembakaran industry, kegiatan gunung berapi dan kebakaran hutan. Sedangkan NO3 berasal dari oksidasi N2 oleh O2 atau ozon saat ada halilintar atau radiasi ultraviolet. Selimut putih yang terhembus angin akan menghasilkan butiran kecil air yang disebut aerosol, yang akan menguap, meninggalkan garam laut yang tersuspensi di atmosfir. Didekat garis pantai, garam ini dapt terbawa kedarat kedalam bentuk air hujan. Butiran ini disebut garam daur, karena akhirnya berdaur kembali melalui aliran sungai ke samudra.

 

  1. Ya ada, diantaranya bakteri- bakteri lain yang dapat mengikat nitrogen dari udara bebas adalah clostridium, azotobacter, dan rhodospirillium. Pada jenis tanaman polong-polongan (Leguminoceae) terdapat bintil-bintil pada akarnya. Bintil-bintil akar tersebut mengandung bakteri rhizobium yang dapat mengikat atau memfiksasi nitrogen bebas dari udara menjadi nitrat ( NO ). Akibatnya, nitrogen bebas ( N2 ) yang semula tidak dapat diserap tumbuhan menjadi ( NO)

 

  1. Siklus urea merupakan suatu lingkaran proses dimana ornitin di konversi à arginin (melalui pembentukan sitrulin) yang kemudian dipecah menjadi Urea + Ornitin . ornitin analog dengan Ox-Asetat pada siklus TCA.

Reaksinya terjadi sebagian di mitokondria (CAP Sintetase dan Sitrulin Sintetase) dan sebagian lagi terjadi di Sitoplasma (reaksi-reaksi lainnya)

 

 DAFTAR PUSTAKA

  1. file:///D|/E-Learning/Biokimia/Textbook/bahan_ajar.html

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s