Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

SIKLUS NITROGEN / FIKSASI NITROGEN Nitrogen is an important constituent of biological molecules. The availability of N can affect plant growth and thus.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "SIKLUS NITROGEN / FIKSASI NITROGEN Nitrogen is an important constituent of biological molecules. The availability of N can affect plant growth and thus."— Transcript presentasi:

1 SIKLUS NITROGEN / FIKSASI NITROGEN Nitrogen is an important constituent of biological molecules. The availability of N can affect plant growth and thus primary Production. Microbes are intimately involved in this process. SUMBER: of the West Indies

2 SUMBER: quality-of-human-life/ammonia-accumulation-of-novel-nitrogen-fixing-bacteria SIKLUS NITROGEN Ada tiga proses biologi dalam siklus alami nitrogen: fiksasi, nitrifikasi dan denitrifikasi, yang melibatkan BAKTERI fiksasi nitrogen, nitrifikasi dan denitrifikasi.

3 SUMBER: quality-of-human-life/ammonia-accumulation-of-novel-nitrogen-fixing-bacteria SIKLUS NITROGEN Reactions and molecular mechanisms of biological nitrogen fixation.

4 SUMBER: FIKSASI NITROGEN Biologi fiksasi nitrogen dapat diwakili oleh persamaan berikut, di mana dua mol amonia yang dihasilkan dari satu mol gas nitrogen, dengan mengorbankan 16 mol ATP dan pasokan elektron dan proton ( ion hidrogen ) : N2 + ​​ 8H + + 8e ATP = 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi Reaksi ini dilakukan secara eksklusif oleh prokariota ( bakteri dan organisme yang terkait ), menggunakan sebuah kompleks enzim disebut nitrogenase. Enzim ini terdiri dari dua protein - protein besi dan protein molibdenum - besi ( lihat gambar ). Reaksi terjadi saat N2 terikat pada kompleks enzim nitrogenase. The Fe protein pertama dikurangi dengan elektron yang disumbangkan oleh ferredoxin. Kemudian protein Fe berkurang mengikat ATP dan mengurangi protein molibdenum - besi, yang menyumbangkan elektron ke N2, memproduksi HN = NH. Dalam dua siklus lanjut dari proses ini ( elektron masing-masing membutuhkan disumbangkan oleh ferredoxin ) HN = NH direduksi menjadi H2N - NH2, dan ini pada gilirannya dikurangi menjadi 2NH3. Tergantung pada jenis mikroorganisme, yang ferredoxin berkurang yang memasok elektron untuk proses ini dihasilkan oleh fotosintesis, respirasi atau fermentasi.

5 SUMBER: Nitrogen fixation (http://opbs.okstate.edu/~Blair/Bioch4113/ 1999%20Student%20Presentations/ Jacobs%20Nitrogenase%20folder/sld005.htm)http://opbs.okstate.edu/~Blair/Bioch4113/ 1999%20Student%20Presentations/ Jacobs%20Nitrogenase%20folder/sld005.htm FIKSASI NITROGEN

6 SUMBER: FIKSASI NITROGEN Mekanisme biologis fiksasi nitrogen Biologi fiksasi nitrogen dapat diwakili oleh persamaan berikut, di mana dua mol amonia yang dihasilkan dari satu mol gas nitrogen, dengan mengorbankan 16 mol ATP dan pasokan elektron dan proton ( ion hidrogen ) : N2 + ​​ 8H + + 8e ATP = 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi Reaksi ini dilakukan secara eksklusif oleh prokariota ( bakteri dan organisme yang terkait ), menggunakan sebuah kompleks enzim disebut nitrogenase. Enzim ini terdiri dari dua protein - protein besi dan protein molibdenum - besi, seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Reaksi terjadi saat N2 terikat pada kompleks enzim nitrogenase. The Fe protein pertama dikurangi dengan elektron yang disumbangkan oleh ferredoxin. Kemudian protein Fe berkurang mengikat ATP dan mengurangi protein molibdenum - besi, yang menyumbangkan elektron ke N2, memproduksi HN = NH. Dalam dua siklus lanjut dari proses ini ( elektron masing-masing membutuhkan disumbangkan oleh ferredoxin ) HN = NH direduksi menjadi H2N - NH2, dan ini pada gilirannya dikurangi menjadi 2NH3. Tergantung pada jenis mikroorganisme, yang ferredoxin berkurang yang memasok elektron untuk proses ini dihasilkan oleh fotosintesis, respirasi atau fermentasi.

7 SUMBER: SIKLUS NITROGEN Ada tingkat konservasi fungsional antara protein nitrogenase dari semua bakteri penambat nitrogen. Protein Fe dan protein Mo-Fe telah diisolasi dari banyak bakteri ini, dan fiksasi nitrogen terjadi pada sistem sel di laboratorium ketika protein Fe dari satu spesies dicampur dengan protein Mo-Fe bakteri lain, bahkan jika spesies sangat jauh terkait.

8 SUMBER: SIKLUS NITROGEN Diagram berikut menunjukkan sebuah gambaran dari siklus nitrogen di lingkungan tanah atau air. Sebagian besar dari nitrogen berada dalam biomassa atau di sisa-sisa organisme mati (secara kolektif disebut "bahan organik"). Salah satu nitrogen yang tersedia untuk mendukung pertumbuhan baru diberikan oleh fiksasi nitrogen dari atmosfer (jalur 6) atau dengan pelepasan amonium atau senyawa nitrogen organik sederhana melalui dekomposisi bahan organik (jalur 2). Beberapa tahap lain dalam siklus ini dimediasi oleh kelompok-kelompok khusus mikroorganisme dan dijelaskan berikut ini.

9 SUMBER: SIKLUS NITROGEN

10 SUMBER: NITRIFIKASI Nitrifikasi merujuk pada konversi ammonium menjadi nitrat ( jalur 3-4 ). Hal ini disebabkan oleh bakteri nitrifikasi, yang khusus untuk mendapatkan energi mereka dengan mengoksidasi amonium, ketika menggunakan CO2 sebagai sumber karbon untuk mensintesis senyawa organik. Organisme semacam ini disebut chemoautotrophs - mereka mendapatkan energi mereka dengan oksidasi kimia dan mereka autotrof karena mereka tidak bergantung pada bahan organik pra - terbentuk. Pada prinsipnya oksidasi amonium oleh bakteri ini tidak berbeda dari cara di mana manusia energi keuntungan dengan mengoksidasi gula. Penggunaan CO2 untuk menghasilkan bahan organik tidak berbeda secara prinsip dari perilaku tanaman.

11 SUMBER: NITRIFIKASI Bakteri nitrifikasi yang ditemukan di sebagian besar tanah dan air dari pH moderat, tetapi tidak aktif dalam tanah sangat asam. Bakteri ini hampir selalu ditemukan sebagai komunitas campuran spesies ( konsorsium disebut ) karena beberapa dari mereka - misalnya Spesies Nitrosomonas - khusus untuk mengubah amonium menjadi nitrit ( NO2 - ) sementara yang lain - misalnya Spesies nitrobacter - mengkonversi nitrit menjadi nitrat ( NO3 - ). Akumulasi nitrit menghambat Nitrosomonas, jadi itu tergantung pada Nitrobacter untuk mengubah ini menjadi nitrat, sedangkan Nitrobacter tergantung pada Nitrosomonas untuk menghasilkan nitrit.

12 SUMBER: NITRIFIKASI Bakteri nitrifikasi memiliki beberapa konsekuensi lingkungan yang penting, karena mereka begitu umum bahwa sebagian besar amonium dalam tanah beroksigen atau perairan alami adalah mudah dikonversi menjadi nitrat. Kebanyakan tanaman dan mikroorganisme dapat mengambil baik nitrat atau amonium ( panah ditandai " 1 " dalam diagram ). Proses nitrifikasi memiliki beberapa konsekuensi yang tidak diinginkan. Ion amonium ( NH4 + ) memiliki muatan positif dan begitu juga mudah terserap ke tanah liat koloid bermuatan negatif dan bahan organik tanah, mencegah dari yang dicuci dari tanah dengan curah hujan.

13 SUMBER: NITRIFIKASI Ion nitrat bermuatan negatif tidak diadakan pada partikel tanah dan sebagainya dapat dicuci profil tanah - proses disebut pencucian. Dengan cara ini, nitrogen berharga bisa hilang dari tanah, mengurangi kesuburan tanah. Nitrat kemudian dapat terakumulasi dalam tanah, dan akhirnya dalam air minum. Baku mutu ketat yang mengatur jumlah nitrat dalam air minum, karena nitrat dapat direduksi menjadi nitrit yang sangat reaktif oleh mikroorganisme dalam kondisi anaerob usus. Nitrit diserap dari usus dan mengikat hemoglobin, mengurangi kapasitas darah membawa oksigen. Pada bayi muda ini dapat menyebabkan gangguan pernapasan - kondisi yang dikenal sebagai " sindrom bayi biru ". Nitrit dalam usus juga dapat bereaksi dengan senyawa amino, membentuk nitrosamin yang sangat karsinogenik.

14 SUMBER: DENITRIFIKASI Denitrifikasi mengacu pada proses di mana nitrat diubah menjadi senyawa gas ( oksida nitrat, dinitrogen oksida dan N2 ) oleh mikroorganisme. Urutan biasanya melibatkan produksi nitrit ( NO2 - ) sebagai langkah menengah ditampilkan sebagai " 5 " dalam diagram di atas. Beberapa jenis bakteri melakukan konversi ini ketika tumbuh pada bahan organik dalam kondisi anaerobik. Karena kurangnya oksigen untuk respirasi aerobik normal, mereka menggunakan nitrat di tempat oksigen sebagai akseptor elektron terminal. Hal ini disebut respirasi anaerob dan dapat digambarkan sebagai berikut : Dalam respirasi aerobik ( seperti pada manusia ), molekul organik yang dioksidasi untuk mendapatkan energi, sedangkan oksigen direduksi menjadi air : C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O + energi

15 SUMBER: DENITRIFIKASI Dengan tidak adanya oksigen, zat direduksi seperti nitrat ( NO3 - ) bisa melayani peran yang sama dan direduksi menjadi nitrit, nitrat oksida, nitrous oxide atau N2. Dengan demikian, kondisi di mana kita menemukan denitrifikasi organisme dicirikan oleh ( 1 ) pasokan bahan organik teroksidasi, dan ( 2 ) tidak adanya oksigen tetapi ketersediaan sumber nitrogen direduksi. Campuran produk nitrogen gas sering dihasilkan karena penggunaan bertahap nitrat, nitrit, nitrat oksida dan oksida nitrat sebagai akseptor elektron dalam respirasi anaerob. Bakteri denitrifikasi umum termasuk beberapa spesies Pseudomonas, dan Bacillus Alkaligenes. Kegiatan mereka mengakibatkan kerugian besar nitrogen ke atmosfer, kira- kira menyeimbangkan jumlah fiksasi nitrogen yang terjadi setiap tahun.

16 SUMBER: of the West Indies

17

18 Nitrogen is a very stable and common molecule. A lot of energy is required to break the N  N bond. Most organic nitrogen is recycled from the more easily available forms nitrate and NH 4 +. But N fixation is a critically important process in the environment and in agriculture SUMBER: of the West Indies

19 Dissimilatory (anaerobic process), nitrate is used as an electron acceptor, producing N 2. It is beneficial in waste water treatment, removing nitrate, thus reducing algal growth (blooms), eutrophication. Note they will grow aerobically using O 2 as an electron acceptor if it is available (THIS IS NOT FERMENTATION). Pseudomonas denitrificans 2NO e - +2H +  N 2 + 6H 2 O The electrons come from metabolism of carbohydrates etc. NO 3 -  NO 2 -  NO  N 2 O  N 2 Thought to be an enzyme for each stage. Nitric and nitrous oxide can be released into the atmosphere causing potential problems. SUMBER: of the West Indies DENITRIFIKASI

20 It is oxidation of ammonia to nitrate (via nitrite). Occurs in well drained, aerated soils by two nitrifying bacteria, Nitrosomas and Nitrobacter together (example of syntrophism). Manure and sewage promote nitrification. Nitrate is rapidly absorbed by plants but as it is very soluble it is easily leached out by rain, so it is not always of benefit. Ammonia at neutral and acid pH, is cationic and is absorbed by clay minerals. Anhydrous ammonia is used as a fertiliser, chemicals are added to inhibit nitrification. This (nitrapyrin) increases efficiency of the fertiliser and reduces run off water pollution. SUMBER: of the West Indies NITRIFIKASI

21 Nitrification is a two stage process The process in energetically fairly inefficient, generating few ATP molecules the bacteria grow slowly. Nitrosomas NH / 2 O 2 - NO H + + energy Nitrobacter NO / 2 O 2 – NO energy The energy generated is used to fix CO 2 SUMBER: of the West Indies

22 Assimililatory is is the conversion of nitrate (or NH3) to NH3 and then to nitrogenous compounds like amino acids. SUMBER: of the West Indies

23 This reaction is very important. N 2 is very stable and there is a large a reservoir of N in the atmosphere. It requires a lot of energy to break the triple bond, and only a small number of organisms can do it, all prokaryotes. Both free living and in symbiotic associations. SUMBER: of the West Indies FIKSASI N

24 Free living aerobes Azotobacter, Azomonas, Cyanobacteria (some) Free living anaerobes Closridium, Rhodobacter etc Symbiotic Rhizobium and Bradyrhizobium with legumes (Soya, peas, clover etc) Frankia with woody shrubs Anabaena with azolla (fern) in paddy fields. SUMBER: of the West Indies CONTOH PEM-FIKSASI N

25 Nitrogen has a triple bond and this requires a lot of energy to break it. 940 kj compared to 493kj for O 2. 6 electrons are required to reduce N 2 to 2NH 3. This reduction process is catalysed by Nitrogenase. Made up of two proteins – dinitrogenase and dinitrogen reductase. Both contain Fe and DR also has Mo. In DR the Fe and Mo are contained in a cofactor FeMo-co and the reduction of N2 occurs here. The formula is MoFe 7 S 9. Two molecules of FeMo-co per molecule. FeS forms a cage. SUMBER: of the West Indies BIOKIMIA FIKSASI N

26 SUMBER: of the West Indies Kompleks FeMo dalam FIKSASI N

27 Nitrogen fixation is inhibited by O 2. As it is a highly reducing process. Both enzymes are rapidly and irreversibly inactivated by O 2. In aerobic bacteria, nitrogenase is protected from O 2 either by rapid respiration, production O 2 retarding slime or production of special cells (heterocysts), or O 2 is removed by special chemicals. For every molecule of N 2 fixed molecules ATP are used. SUMBER: of the West Indies Sifat & Ciri FIKSASI N

28 Ferredoxin, flavodoxin or low potential iron-sulphur protein are the electron donors. They transfer electrons to dinitrogen reductase. For each cycle of e - transfer, dintrogen reductase binds two ATP, which is then able to interact with dinitrogenase and transfer electrons to it. ATP is hydrolysed and the two proteins disassociate to begin another cycle of reduction. Only 6 electrons used in the useful reduction, another two are wasted to make H 2, which can back react withN 2 H 2. SUMBER: of the West Indies Aliran Elektron dalam FIKSASI N

29 SUMBER: of the West Indies

30 Steps in Nitrogen Fixation SUMBER: of the West Indies

31 Assay Nitrogenase activity by acetylene to ethylene Artificial substrate HC  CH  H 2 C=CH 2 SUMBER: of the West Indies

32 Soybean Root Nodules SUMBER: of the West Indies

33

34 Leguminous plants are at an advantage in poor soils. These bacteria are unable to fix, N 2 alone, they need the plant. In the nodule O 2 levels are controlled by leghaemolobin. The bacteria and plant form this iron containing compound which binds O 2. Bound: free O 2 is 10,000:1 SUMBER: of the West Indies SIMBIOSIS LEGUME DALAM FIKSASI N

35 Stages in Root Nodule Formation 1.Recognition and attachment of bacterium to root hair 2.Invasion of root hair, by formation of an infection thread. 3.Travel to main root 4.Formation deformed cells, bacteroids to get to N fixing state 5.Formation of Nodule. SUMBER: of the West Indies PEMBENTUKAN BINTIL AKAR

36 Rhizobia grow well in the rhizopsphere, responding well to plant secretions. Rhicadhesin on the surface of bacterium may bind calcium complexes on the root hair surface. Invasion of the root hair is via the tip as a result of the action of bacterial encoded nod factors, inducing formation of a cellulosic tube, the infection thread. Root cells adjacent to this thread also become infected. Nod factors stimulate plant cell division. Bacteria multiply rapidly in the root. Bacterial cells become swollen into bacteroids, become surrounded singly, or in groups by plant cell membrane to become symbiosome. Only then does nit fix take place. When the plant dies, nodule deteriorate, bacteroid cannot divide, but some dormant rods always there which proliferate on the products released from the dying nodules. The fixed N is released to the soil. SUMBER: of the West Indies Rhizobium FIKSASI N

37 SUMBER: of the West Indies

38

39

40

41 Stem nodulating legumes in tropics Sesbania (water plant). Soils get leached because of high microbial activity. SUMBER: of the West Indies

42 Azolla pinnata (left) 1cm. Anabaena from crushed leaves Of Azolla. SUMBER: of the West Indies

43


Download ppt "SIKLUS NITROGEN / FIKSASI NITROGEN Nitrogen is an important constituent of biological molecules. The availability of N can affect plant growth and thus."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google