ASIMILASI NITROGEN

Pendahuluan Tanaman tingkat tinggi merupakan organisme autotrof  dapat menyintesis komponen organik dari unsur hara anorganik Penggabungan unsur hara mineral menjadi bahan organik seperti pigmen, kofaktor enzim, lipid, asam nukleat, dan asam amino disebut asimilasi unsur hara.

Nitrogen di Alam Beberapa molekul dalam sel tanaman mengandung nitrogen Nitrogen ditemukan dalam nukleosida fosfat dan asam amino penyusun asam nukleat dan protein Berbagai bentuk nitrogen yang berada di biosfer Bentuk N2 merupakan bentuk yang paling banyak terdapat di alam (78%) Tidak dapat langsung tersedia bagi organisme

Nitrogen di Alam Pengambilan nitrogen dari atmosfer membutuhkan pemecahan ikatan kovalen antara dua atom nitrogen (N≡N) untuk menghasilkan NH3 atau NO3- Reaksi-reaksi tersebut dapat terjadi secara alami maupun buatan (industri) Secara industrial N2 di atmosfer bergabung dengan hidrogen untuk membentuk ammonia dengan memodifikasi suhu sekitar 200ºC dan tekanan sekitar 200 atm.

Nitrogen di Alam Secara alami nitrogen diikat sekitar 190 x 1012 g/tahun Proses-proses pengikatan nitrogen secara alami adalah sebagai berikut: Cahaya (Petir) Reaksi Fotokimia Fiksasi Nitrogen secara biologis

Nitrogen di Alam Cahaya (Petir) (8%) Cahaya mengonversi uap air dan oksigen menjadi radikal bebas hidroksil yang sangat reaktif. Atom hydrogen dan oksgen bebas mengikat atom nitrogen sehingga terbentuk asam nitrat (HNO3). Asam nitrat tersebut kemudian jatuh ke permukaan bumi melalui air hujan

Nitrogen di Alam Reaksi Fotokimia (2%) Pengikatan nitrogen dengan cara ini diperoleh dari reaksi fotokimia antara gas NO dan ozon (O3) dan menghasilkan asam nitrat (HNO3). Pengikatan Nitrogen secara Biologis (90%) Pengikatan nitrogen dengan cara ini dilakukan oleh bakteri atau alga (cyanobacteria) yang mengikat N2 menjadi ammonium (NH4+).

Nitrogen di Alam Ketika nitrogen sudah terikat dalam bentuk ammonium atau nitrat maka nitrogen akan masuk ke dalam siklus biogeokimia dan melewati beberapa bentuk organik dan anorganik sebelum terlepas kembali menjadi molekul nitrogen

Akumulasi Amonium dan Nitrat Tanaman dapat menyimpan nitrat dalam konsentrasi tinggi. Akumulasi nitrat pada tanaman tidak membahayakan tanaman tsb namun akan berbahaya jika dikonsumsi oleh manusia  methemoglobinemia Manusia dan hewan juga dapat mengubah nitrat menjadi nitrosamines  bersifat karsinogenik Beberapa negara membatasi batasan jumlah nitrat pada tanaman yang dijual untuk konsumsi manusia

Akumulasi Amonium dan Nitrat Konsentrasi ammonium yang tinggi bersifat toksik baik pada hewan maupun pada tumbuhan itu sendiri  dapat menghilangkan gradient proton yang dibutuhkan untuk fotosintesis dan repiratory transport elektron

Akumulasi Amonium dan Nitrat

Asimilasi Nitrat Tanaman mengasimilasi sebagian besar nitrat yang diserap menjadi senyawa organik Tahap pertama yaitu reduksi Nitrat menjadi Nitrit yang terjadi di sitosol reaksi tersebut dikatalisis oleh enzim nitrat reduktase NO3- + NAD(P)H + H+ + 2e-  NO2- + NAD(P)+ + H2O Nitrat reductase terdiri atas dua subunit yang identik dan masing-masing terdiri atas 3 kelompok prostetik: FAD, heme, dan molybdenum kompleks

Asimilasi Nitrat Nitrit (NO2-) merupakan senyawa yang sangat reaktif dan berpotensi untuk menjadi ion toksik. Sel tanaman segera mentransportasikan nitrit dari sitosol ke kloroplas (daun) atau plastid (akar) Pada organel ini nitrit direduksi menjadi ammonium dan dikatalisis oleh enzim nitrit reduktase NO2- + 6Fdred + 8H+ + 6e-  NH4+ + 6Fdox + 2H2O

Asimilasi Nitrat

Asimilasi Amonium Sel tanaman menghindari keracunan ammonium dengan cara mengonversi ammonium menjadi asam amino Konversi ammonium menjadi asam amino membutuhkan 2 enzim yaitu Glutamine synthetase (GS) dan Glutamate synthetase (GOGAT) (Glutamine: 2-oxoglutarate aminotransferase)

Asimilasi Amonium

Transaminasi Ketika nitrogen sudah diasimilasi menjadi glutamine dan glutamate, nitrogen akan tergabung menjadi asam amino lainnya melalui reaksi transaminasi. enzim yang mengkatalisis reaksi tersebut adalah aminotransferase Enzim aminotransferase ditemukan di sitoplasma, kloroplas, mitokondria, glioksisom, dan peroksisom. Contoh: Aspartate aminotransferase (Asp-AT) mengubah glutamate menjadi aspartate. Aspartate merupakan asam amino yang berperan dalam transportasi carbon dari sel mesofil ke sel seludang pembuluh.

Fiksasi Nitrogen Secara Biologis

Fiksasi Nitrogen Secara Biologis fiksasi nitrogen membutuhkaan kondisi anaerobic Oksigen dapat menginaktifkan enzim Nitrogenase Bakteri yang bersifat aerobik seperti Azotobacter mempertahankan oksigen pada kondisi tereduksi melalui peningkatan laju respirasi Bintil akar memiliki protein pengikat oksigen yang disebut leghemoglobin yang terdapat pada sitoplasma dengan konsentrasi yang tinggi (700 µM pada kedelai)  warna merah muda

Fiksasi Nitrogen Secara Biologis

Materi Ujian Akhir Semester Reaksi Terang Reaksi Gelap Translokasi pada floem Respirasi Asimilasi Nitrogen