Metabolisme Nitrogen

BAB I
PENDAHULUAN

Sel hidup adalah suatu miniature industri kimiawi, dimana ribuan reaksi terjadi di dalam suatu ruangan mikroskopik. Gula diubah menjadi asam amino demkian juga sebaliknya, molekul-molekul kecil juga dirakit menjadi polimer yang bisa dihidrolis pada suatu waktu sesuai dengan perubahan kebutuhan sel. Pada tumbuhan banyak sel menghasilkan bahan kimiawi yang kemudian dikirimkan untuk digunakan pada bagian lain organisme itu. Sel sebagai suatu lembaga kimiawi tidak ada bandingannya dalam kerumitannya, efisiensinya, intregrasinya, dan responsivitasnya terhadap perubahan yang sedikit.
Reaksi kimia ini tersusun dalam jalur-jalur metabolisme yang bercabang sedemikian rumitnya untuk mengubah molekul-molekul melalui suatu rangkaian tahapan-tahapan reaksi. Oleh karena itu secara keseluruhan, metabolisme dikaitkan dengan pengaturan sumberdaya materi dan energi dari sel itu.
Istilah metabolisme berasal dari bahasa Yunani “ metabole” yang artinya “berubah”. Keseluruhan proses kimiawi suatu organism disebut metabolisme. Metabolisme adalah suatu sifat baru dari kehidupan yang muncul dari interaksi spesifik antara molekul-molekul di dalam lingkungan sel yang teratur dengan baik.
Konsep metabolisme yang akan dibahas dalam makalah ini difokuskan pada metabolisme Nitrogen perenduksian Nitrat menjadi ammonium dan perubahan ammonium menjadi senyawa organic yang terdapat pada tumbuhan.




BAB II
PEMBAHASAN
1. Metabolisme Nitrogen
Metabolism nitrogen merupakan segi lain keanekaragaman nutrisi pada prokariota.
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.
a.Daur Nitrogen
Sejumlah besar nitrogen terdapat di atmosfer (78% berdasarkan volume) namun sukar bagi organisme hidup untuk memperoleh atom nitrogen dari N2 dalam bentuk yang berguna. 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 atai 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 Amnofikasi 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.
b. Penambatan Nitrogen
Proses reduksi N2 menjadi NH4+ dinamakan penambatan nitrogen yang hanya dilakukan oleh mikroorganisme prokariot. Seperti bakteri tanah yang hidup bebas, sianobakteri yang hidup bebas dipermukaan tanah atau didalam air, yang bersimbiosis dengan fungi pada lumut kerak atau dengan paku ,lumut hati,dan lumut jantung, serta bakteri atau mikroba lain yang terasoisasi secara simbiosis dengan akar terutama tumbuhan polong-polongan.
Penambatan nitrogen di bintil akar terjadi secara langsung di dalam bakteroid. Tumbuhan inang menyediakan karbohidrat bagi bakteroid yang mengoksidasinya untuk memperoleh energi yang diangkut lewat floem kebintil akar.
Reaksi penambatan nitrogen :
N2+ 8 elektron + 16 Mg ATP +16 H2 o→2NH3 + H2 + 16Mg ATP + 16 Pi + 8H+
Faktor-faktor yang dapat meningkatkan penambatan nitrogen antara lain :
ü .Faktor Lingkungan
Mencakup kelembaban yang cukup,Esuhu hangat, sinar matahari yang terang, konsentrasi CO2 yang tinggi.
ü 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
2. REDUKSI NITRAT MENJADI AMMONIUM
Untuk tumbuhan yang tidak dapat memfiksasi N2 sumber nitrogen adalah NO3- dan NH4+. Sebagian besar tumbuhan menyerap nitrogen sebagai ion NO3- karena NH4+ mudah teroksidasi menjadi NO3 oleh bakteri nitrifikasi. Tetapi Coniferae dan rumput-rumputan menyerap sebagian besar nitrogen sebagai NH4+ karena nitrifikasi dihambat oleh rendahnya pH tanah dan oleh tannin serta senyawa fenolik.
Mula-mula akan dibicarakan asmilasi nitrat NO3- terdapat banyak dalam sebagian besar tanah dank arena NO3- harus diubah dahulu menjadi NH4+ dalam tumbuhan sebelum nitrogen masuk dalam asam amino dan senyawa lainnya.

A. Tempat Asmilasi Nitrat
Baik akar maupun pucuk memerlukan senyawa nitrogen organic, namun organ yang mereduksi NO3 dan mengubahnya menjadi senyawa organic masih belum jelas. Akar beberapa spesies tumbuhan dapat mensistensis semua nitrogen organic yang diperlukan dari NO3 sedang akar tumbuhan lain bergantung kepada pucuk untuk nitrogen organiknya.
Jumlah ralatif NO3; dan nitrogen organic dalam xylem bergantung pada kondisi lingkungan. Juga tumbuhan yang biasanya tidak mentranslokasikan banyak NO3- akan melakukannya jika diberi NO3- dalam jumlah berlebih dalam tanah atau jika akarnya dingin. Pada kondisi reduksi NO3- dalam akar tidak dapat memenuhi angkutan ke pucuk sehingga reduksi terjadi dalam batang dan daun terutama selama hari yang cerah.

B. Proses Reduksi Nitrat
Reduksi nitrat terjadi dalam dua reaksi yang berbeda yang dikatalisis oleh enzim yang berlainan yaitu :
1. Reaksi pertama dikatalisis oleh Nitrat reduktase (NR)
Enzim yang mengangkut dua electron dari NADH atau pada beberapa spesies NADPH, hasilnya berupa nitrit (NO2-) N4D+ (atau N4DP) dan H2O :
NO3- + NADH + H+ → NO2- + NAD+ + H2O
Reaksi ini terjadi dalam sitosol. NR adalah suatu enzim besar dan kompleks yang terdiri atas FAD satu sitokrom dan molibdenum yang semuanya akan tereduksi dan teroksidasi pada waktu elektron diangkut dari NADH ke atom nitrogen dalam NO3- aktivitas NR dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya
1. Laju sintesis dan laju perombakan oleh enzim penghancur protein.
2. Penghambat dan penggiat dalam sel
3. Respon tumbuhan terhadap cahaya

2.Reaksi kedua dikatalis oleh nitrit reduktase
Reaksi kedua proses reduksi nitrat adalah pengubahan nitrit menjadi NH4+. Nitrit yang terbentuk dalam sitosol diangkut kedalam kloropas dalam daun atau ke dalam protoplasida dalam akar, tempat reduksi selanjutnya menjadi NH4+ berlangsung memerlukan enam electron yang berasal dari H2O oleh sistem angkutan electron non siklik kloropas. Selama perpindahan elektron itu cahaya menggerakan angkutan elektron dari H2O ke feredoksin (Fd), kemudian Fd yang tereduksi menyediakan enam electron yang digunakan untuk mereduksi NO2- menjadi NH4+. Pada tahap inilah penggunaan 2H+ selama proses keseluruhan reduksi NO2- menjadi NH4+ .Pada tahap inilah penggunaan 2H+ selama proses keseluruhan reduksi NO2- menjadi NH4+ terjadi :
3H20 + 6Fd (Fe3-) + cahaya → 1,5 O2 + 6H+ + 6Fd (Fe2+)
NO2 + 6Fd (Fe2+) + 8H+ → NH4+ + 6Fd (Fe3+) + 2H2O
N02 + 3H2O + 2H+ + cahaya → NH4+ + 1,5 O2 + 2H2O

Reaksi diatas menunjukan bahwa tiga molekul H2O diperlukan untuk menyediakan enam elektron yang digunakan dalam reduksi Fd (dua electron untuk setiap H2O dipecah oleh energi cahaya), walaupun dalam reaksi keseluruhan itu dihasilkan dua H2O.
Meskipun Fd tereduksi merupakan donor elektron yang biasa bagi nitrit reduktase daun zat pereduksi di akar tidak diketahui. Jika nitrit reduktase diteliti in vitro, enzin itu hanya dengan lemah menerima electron dari NADH2, NADPH2 atau FADH2. Feredoksin tereduksi akan menyediakan electron bagi nitrit reduktase akar yang diisolasi, tetapi tidak melakukan hal itu in vivo, karena baik proplastida maupun bagian-bagian lain dari sel-sel akar tidak mengandung ferodoksin dalam jumlah yang tereduksi. Meskipun masih belum pasti cara aka mereduksi NO2 menjadi NH4+ jelas bahwa karbohidrat dari daun diperlukan lagi pula secara tidak langsung terbukti bahwa NADPH yang berasal dari jalur pentose fosfat (PPP) dalam plastida merupakan zat pereduksi yang aktif.
Nitrat adalah ion yang aktif sehingga supaya efektif nitrit harus dioksidasi terlebih dahulu menjadi nitrat.

3. Pengubahan Ammonium Menjadi Senyawa Organik

NH4+ yang diserap langsung dari tanah atau yang dihasilkan oleh penambatan N2 atau oleh reduksi NO3- tidak tertimbun di dalam tubuh tumbuhan. Ammonium itu sangat beracun, mungkin karena menghambat pembentukan ATP baik dalam kloropas maupun di dalam mitokondria Dengan bertindak sebagai “Uncoupler” (zat pelepas sambungan). Kecuali sedikit NH4+ hilang sebagai uap NH3 keatmosfir, semua NH4+ dengan cepat di ubah menjadi gugus almida dari glutamine. Perubahan ini dan reaksi-reaksinya akan membentuk asal glutomat, asam asportat dan asparagin seperti diuraikan dibawah ini :
Gambar perubahan ammonium menjadi senyawa organik yang penting.
(Salisbury dan ross 1995)
Ket : 1. Glutamin sintetase
2. Glutamat sintase
3. Asparagin sintetase
4. Transaminase
5. PEP Karboksilase

Glutamine dibentuk dengan penambahan satu gugus, NH2 dan NH4+ kegugus karboksil terjauh dari karbon alfa. Asam glutomat akibatnya terbentuk ikatan amida (reaksi I) dan glutamine merupakn salah satu amida tumbuhan yang terpenting, enzim yang diperlukan adalah glutamin sintetase. Reaksi ini digerakan oleh hidrolisa ATP menjadi ADP dan Pi. Pada reaksi ini membutuhkan asam glutomat sebagai rektan, harus terdapat mekanisme untuk menyediakannya yang dapat terpenuhi oleh reaksi 2 yang dikatalisis oleh glutomat sintase. Glutomat sintetase mengangkut gugus amida dari glutamine ke karbon karbonil asam alfa –ketoglutarat, sehingga terbentuk dua molekul asam glutomat. Proses ini membutuhkan pereduksi yang mampu menyumbangkan dua elektron yaitu ferodoksin (dua molekul) di dalam kloropas dan N4DH2 atau NADPH dalam proplastida sel non fotosintetik. Salah satu dari kedua glutomat yang terbentuk dalam reaksi 2 diperlukan untuk mempertahankan reaksi 1 tetapi glutomat yang kedua dapat berubah langsung menjadi protein, klorofil, asam nukleat. Selain itu beberapa glutomat diangkut kejaringan lain untuk proses-proses sintetis.
Selain membentuk glutomat, glutamine dapat menyumbangkan gugus amidanya ke asam asportat untuk membentuk asparagin, yaitu amida tumbuhan yang penting (reaksi 3). Reaksi ini membutuhkan enzim asparagin sintetase dan digerakkan oleh hidrosis ATP menjadi AMP dan PPi, enzim ini sangat diaktifkan oleh Cl-, menerangkan peranan kalor dalam tumbuhan. Untuk mempertahankan sintesis asparagin diperlukan suplai asam asportat terus-menerus. Nitrogen dalam aspartat berasal dari glutomat, tetapi keempat karbonnya berasal dari asam oksaloasetat (reaksi 4) yang dibentuk dari PEP dan HCO3- dengan bantuan PEP karboksilase (reaksi 5).
alam sebagian besar spesies tumbuhan Celutamin merupakan bentuk nitrogen simpanan yang penting dibandingkan senyawa lain, mungkin karena perbandingan nitrogen dengan karbon yang tinggi. Organ penyimpanan seperti Umbi, kentang, akar bit, wartel,lobak, mengandung banyak amida ini. Di daun dewasa glutamin sering terbentuk dari asam glutomat dan NH4+ yang dihasilkan ketika perombakan protein, kemudian diangkut melalui floem ke daun yang lebih muda atau ke akar, bunga, buah dan biji dan di tempat ini nitrogen digunakan kembali. Glutamine juga dihasilkan dalam akar dan bintil akar dan kemudian diangkut melalui xylem ke pucuk. Akhirnya dalam semua sel glutamine dapat ditambahkan langsung ke dalam protein sebagai salah satu dari 20 asam amino.
Asparagin juga melakukan fungsi yang sama seperti glutamine terutama dalam tumbuhan polong-polongan yang berasal dari daerah beriklim sedang yang mengandung banyak asparagin

BAB III
PENUTUP

Kesimpulan
Ø Metabolisme nitrogen merupakan segi lain keanekaragaman nutrisi pada prokariot
Ø 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.
Ø Proses pereduksian nitrat menjadi ammonium dapat terjadi dalam dua reaksi yang berbeda yaitu yang dikatalis oleh nitrat reduktase dan pengubahan nitrit menjadi NH4+ yang dikatalis oleh nitrit reduktase.
Ø Proses pengubahan ammonium menjadi senyawa organik terbagi atas 5 reaksi antara lain glutamine sintetase, glutamat sintase, asparagin sintetase, transaminase, PEP karboksilase.
DAFTAR PUSTAKA

Champbell, Reece – Mitchell. 1999. Biologi Edisi Kelima (Terjemahan). Penerbit Erlangga.
Jakarta.
Dwidjoseputro, D.1998. Pengantar Fisiologi. Tumbuhan. Penerbit. Pt. Gramedia. Jakarta.
Salisbury,f.B.andRoss,c.1995.FisiologiTumbuhan (terjemahan).Penerbit ITB.Bandung.
Sasmitamihardja,D.1996.fisiologiTumbuhan.Dirjen DiktiDepdikbud.jakarta.