Metabolisme Nitrogen

Metabolisme Nitrogen

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 berperan dalam pembentukan sel , jaringan , dan organ tanaman. Ia berfungsi sebagai sebagai bahan sintetis klorofil , protein , dan asam amino. Karena itu kehadirannya dibutuhkan dalam jumlah besar , terutama saat pertumbuhan vegetatif.

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 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.

Tumbuhan  memperoleh  intake  atau material masukan yang  sebagian besar berupa kation maupun anion  (N-anorganik) seperti NO3-, NH4+, dan urea. Pada keadaan tertentu, tumbuhan dapat memperoleh pasokan N dari  senyawa N-organik sederhana berupa asam- asam amino tertentu. Tumbuhan tidak dapat memanfaatkan atau memfiksasi gas N2 udara secara langsung, kecuali kelompok tumbuhan yang bersimbion dengan baktaeri pengikat zat lemas. Selanjutnya N-anorganik yang diserap  akan dikonversi  atau dimetabolisir di dalam sel menjadi berbagai bentuk persenyawaan N-organik, sesuai kebutuhannya. Metabolisme N penting dalam jaringan tumbuhan menyangkut : 1) asimilasi sumber nitrogen, 2) sintesis asam amino,  3) sintesis amida dan peptida serta 4) sintesis dan perombakan protein.

(1)  Asimilasi sumber N

Ada beberapa sumber nitrogen yang dapat diambil tumbuhan yakni NO3, NH4+, N-organik dan  N2, terutama pada  bakteri dan algae tertentu.  Pada tumbuhan tinggi umumnya, sumber nitrogen yang paling banyak diserab adalah NO3 dan NH4+ dan beberapa N-organik.

Pada tumbuhan tinggi umumnya, sumber terpenting nitrogen adalah ion nitrat (NO3=) yang diambil dari larutan tanah. Di dalam tanah, spesiasi ion nitrat tidaklah stabil. Dalam situasi aerobik, ion nitrogen lebih banyak dalam bentuk nitrat. Sebaliknya, dalam suasana anarobik, nitrat akan tereduksi secara bertahap menjadi ion amonia (NH4+). Bakteri nitrifikasi dan denitrifikasi berperan pada proses konversi tersebut. Di  alam  dikenal  ada  banyak  bakteri terlibat dalam konversi nitrat menjadi amonia, atau sebaliknya. Proses-proses pengubahan dari amonia menjadi nitrat disebut  nitrifikasi. Sebaliknya, terjadi peristiwa pengubahan nitrat , nitrit menjadi amonia atau N2 yang disebut denitrifikasi. Proses nitrifikasi melibatkan bakteri nitrosomonas dan nitrobakter. Pada proses pembusukan dari senyawa N-organik, akan  dihasilkan ion-ion amonia, yang prosesnya disebut amonifikasi.

Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut akarnya. Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion nitrit dan kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tanaman yang memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen dapat berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung dari nodul. Hewan, jamur, dan organisme heterotrof lain mendapatkan nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil.

Dalam proses biologis, nitrit dan amonium dikonversi langsung ke elemen (N2) gas nitrogen. Proses ini membentuk sebagian besar dari konversi nitrogen unsur di lautan. Reduksi dalam kondisi anoxic juga dapat terjadi melalui proses yang disebut oksidasi amonia anaerobic.

proses reduksi nitrat adalah pengubahan nitrit menjadi NH4. Nitrit yang ada di sitosol diangkut ke dalam kloroplas di daun atau ke dalam proplastid di akar.

Tahapan reduksi nitrit menjadi ammonium adalah sebagai berikut (Kimball John W., 1983) :

·      Di daun, reduksi NO2 menjadi NH4 memerlukan enam elektron yang diambil dari H2O pada sistem pengangkutan elektron non siklik, pada kloroplas selama pengangkutan elektron ini, cahaya mendorong pengangkutan elektron dari H2O ke ferodksin (Fd).

Reaksinya adalah sebagai berikut :

3H2O  +   6Fd   +  cahaya ------------ 15 O2  +  6H   +   6Fd

·      Kemudian ferodoksin tereduksi memberikan 6 elektron yang digunakan untuk mereduksi NO2 menjadi NH4, reaksinya sebagai berikut, :

NO2  +   6Fd (Fe  ) + 8H  --------- NH4   +   6Fd (Fe   ) + H2O

·      Sehingga keseluruhan proses reduksi nitrit menjadi amonia adalah sebagai berikut:
NO2  +  3H2O  +  2H  + cahaya  ------- NH4  + 1,5 O2   +  2H2O

Nitrat yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman berasal terutama dari akar untuk kebanyakan spesies tanaman. Pada saat ini NOx konsentrasi atmosferik, kecil account dari NO3– juga dapat diperoleh melalui foliar penyerapan atmosfer NO2. Di bawah berbagai konsentrasi NO2, spesies tanaman yang hanya beberapa belajar digabungkan lebih dari 10% dari NO2-N total tanaman N. Kasus khusus adalah bahwa torreyi phyllospadix (surfgrass), salah satu dari sedikit spesies rumput laut tumbuh di batu, memperoleh NO3– terutama melalui daun tetapi tidak akar. NO2 perangkat drived dan akar yang diturunkan NO3, pada umumnya, tergantung pada NO3– lintasan metabolisme. Namun, proses metabolisme dari NO2 perangkat drived dan akar yang diturunkan NO3– memiliki perbedaan yang signifikan. Hal ini didukung oleh setidaknya empat aspek.

NO3– diturunkan NO2 diasimilasi terutama oleh lintasan metabolisme NO3–; tingkat asimilasi tergantung pada status pertumbuhan tanaman dan kondisi lingkungan seperti atmosfer NO2 konsentrasi, cahaya, dan akar nitrogen pasokan, dll. Ketidakseimbangan antara tingkat penyerapan daun NO2 asimilasi akan mengakibatkan akumulasi NO3–/NO2– dan NOx reemission. Baru-baru ini, lebih banyak pekerjaan difokuskan pada akar NO3– metabolisme seperti akar nitrogen pengambilan, identifikasi NO3– transporters, dan memperbaiki nitrogen bakteri, dll dibandingkan dengan metabolisme berasal NO2 NO3–. Informasi yang tersedia menunjukkan metabolisme daun dan akar-diturunkan NO3– yang memiliki perbedaan yang signifikan dalam setidaknya empat aspek, termasuk produk-produk asimilasi, NO3– transporters, dan NOx generasi, dll. Pekerjaan lebih lanjut yang diusulkan untuk menyelidiki hubungan antara ekspresi gen dari daun NO3– transporter dan species-specific NO2 pengambilan dan coupling metabolik NO2-N, karbon, dan belerang.