biokimia paper nitrogen

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Nitrogen adalah unsur yang paling berlimpah di atmosfer (78% gas di
atmosfer adalah nitrogen). Meskipun demikian, penggunaan nitrogen pada bidang
biologis sangatlah terbatas. Nitrogen merupakan unsur yang tidak reaktif (sulit
bereaksi dengan unsur lain) sehingga dalam penggunaan nitrogen pada makhluk
hidup diperlukan berbagai proses, yaitu fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi,
denitrifikasi.
Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi senyawa yang
mengandungunsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain.
Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus
nitrogen secara
khusus
sangat
dibutuhkan
dalam
ekologi
karena
ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses ekosistem kunci,
termasuk produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas manusia seperti
pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan
pelepasannitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus
nitrogen global. Pembukaannya sudah cukup, sekarang kita menginjak ke detail
proses daur / siklus nitrogen.
Pertumbuhan, perkembangan dan produksi suatu tanaman ditentukan oleh dua
faktor utama yaitu faktor genetik dan faktor lingkungan. Salah satu faktor
lingkungan yang sangat menentukan lajunya pertumbuhan, perkembangan dan
produksi suatu tanaman adalah tersedianya unsur-unsur hara yang cukup di dalam
tanah. Dari 105 unsur yang ada di atas permukaan bumi ini, ternyata baru 16
unsur yang mutlak diperlukan oleh suatu tanaman untuk dapat menyelesaikan
siklus hidupnya dengan sempurna. Ke- 16 unsur tersebut terdiri dari 9 unsur
makro dan 7 unsur mikro. 9 unsur makro dan 7 unsur mikro inilah yang disebut
sebagai unsur -unsur esensial.
Menurut ARNON dan STOUT ada tiga kriteria yang harus dipenuhi sehingga
suatu unsur dapat disebut sebagai unsur esensial:
1|Nitrogen

Unsur tersebut diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus hidup tanaman
secara normal (biji – — biji).

Unsur tersebut memegang peran yang penting dalam proses biokhemis
tertentu dalam tubuh tanaman dan peranannya tidak dapat digantikan atau
disubtitusi secara keseluruhan oleh unsur lain.

Peranan dari unsur tersebut dalam proses biokimia tanaman adalah secara
langsung dan bukan secara tidak langsung.
Ketersediaan unsur-unsur esensial didalam tanah bagi tanaman sangat
ditentukan oleh pH. Seperti unsur N pada pH 5.5 – 8.5, P pada pH 5.5 – 7.5
sedangkan K pada pH 5.5 – 10 sebaliknya unsur mikro relatif tersedia pada pH
rendah.
Berdasarkan ke esensialannya unsur hara yang dibutuhkan tanaman terbagi
menjadi dua yakni unsur hara esensial dan unsur hara non- esensial atau
beneficial. Unsur hara esensial terdiri atas unsur hara makro dan mikro, unsur
hara esensial merupakan unsur hara yang mutlak dibutuhkan tanaman dan
fungsinya tidak bisa digantikan oleh unsur lain, tidak terpenuhinya salah satu
unsur hara akan mengakibatkan tanaman tersebut tidak dapat menyelsaikan siklus
hidupnya. Sedangkan unsur beneficial adalah unsur tambahan yang tidak
dibutuhkan oleh semua tanaman, namun perannanya cukup penting pada tanaman
tertentu, misalnya jagung agar hasilnya berkualitas perlu ditambahkan unsur Al
yang bisa diberikan pupuk ALPO4 (Alumunium fosfat) dalam jumlah tertentu.
Bagi tanaman lain unsur Al justru dapat menyebabkan keracunan, namun pada
tanaman jagung toleran terhadap Al pada jumlah tertentu malah akan membantu
meningkatkan produktivitasnya mendekati potensi genetisnya.
Nitrogen adalah unsur kimia yang memiliki lambang N, nomor atom dari 7
dan massa atom 14,00674 u. Elemental nitrogen tidak berwarna, tidak berbau,
tawar dan kebanyakan lembam diatomik gas pada kondisi standar, merupakan
78% dari volume atmosfer bumi. Banyak senyawa penting industri, seperti
amonia, asam nitrat, nitrat organik (propellants dan bahan peledak), dan sianida,
mengandung nitrogen. Ikatan yang sangat kuat dalam unsur kimia nitrogen
2|Nitrogen
mendominasi, menyebabkan kesulitan untuk kedua organisme danindustri dalam
mematahkan ikatan untuk mengubah N 2 menjadi senyawa yang berguna, tetapi
melepaskan sejumlah besar energi sering berguna, ketika senyawa tersebut
terbakar, meledak, atau pembusukan kembali menjadi gas nitrogen.
Unsur nitrogen ditemukan oleh dokter Skotlandia Daniel Rutherford pada
tahun 1772. Nitrogen terjadi di semua organisme hidup. Ini adalah elemen
konstituen asam amino dan dengan demikian protein, dan asam nukleat (DNA
dan RNA). Ini terletak pada struktur kimia dari hampir semua neurotransmiter,
dan merupakan komponen yang menentukan alkaloid, molekul biologis yang
dihasilkan oleh banyak organisme.
1.2 Rumusan Masalah
 Apa manfaat dan peran nitrogen bagi tumbuhan?
 Bagaimana proses siklus nitrogen?
 Bagaimana proses metabolism nitrogen?
 Bagaimana proses fiksasi nitrogen?
 Apa dampak terjadinya kelebihan dan kekurangan nitrogen pada tumbuhan?
3|Nitrogen
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Manfaat dan Peran Nitrogen bagi Tumbuhan
Fungsi Nitrogen Dalam Ekologi
Gambar 1. Bentuk nitrogen di alam
Nitrogen sangatlah penting untuk berbagai proses kehidupan di
Bumi. Nitrogen adalah komponen utama dalam semua asam amino, yang
nantinya dimasukkan ke dalam protein, tahu kan kalau protein adalah zat yang
sangat kita butuhkan dalam pertumbuhan. Nitrogen juga hadir di basis
pembentuk asam nukleat, seperti DNA dan RNA yang nantinya membawa hereditas. Pada tumbuhan, banyak dari nitrogen digunakan dalam molekul klorofil,
yang penting untuk fotosintesis dan pertumbuhan lebih lanjut. Meskipun
atmosfer bumi merupakan sumber berlimpah nitrogen, sebagian besar relatif
tidak
dapat
digunakan
oleh
tanaman.
Pengolahan
kimia
atau fiksasi
alami (melalui proses konversi seperti yang dilakukan bakteri rhizobium),
diperlukan untuk mengkonversi gas nitrogen menjadi bentuk yang dapat
digunakan oleh organisme hidup, oleh karena itu nitrogen menjadi komponen
penting dari produksi pangan. Kelimpahan atau kelangkaan dari bentuk
"tetap" nitrogen, (juga dikenal sebagai nitrogen reaktif), menentukan berapa
banyak makanan yang dapat tumbuh pada sebidang tanah.
( Anonymousa,2012)
4|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.
Adapun peranan N yang lain bagi tanaman adalah :

Berperan dalam pertumbuhan vegetatif tanaman.

Memberikan warna pada tanaman,

Panjang umur tanaman

Penggunaan karbohidrat.

Dll.
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.
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
(Immawatitari,2012)
5|Nitrogen
Sumber nitrogen adalah:
a. Terjadi halilintar di udara ternyata dapat menghasilkan zat nitrat, yang
kemudian dibawa air hujan meresap ke bumi.
b. Sisa-sisa tanaman dan bahan-bahan organis.
c. Mikrobia atau bakteri-bakteri.
d. Pupuk buatan seperti Urea dan ZA
e. Nitrogen antara lain bersumber dari pupuk buatan pabrik seperti urea, ZA,
dan Amonium Sulfat.
f. Udara merupakan sumber nitrogen paling besar
yang dalam proses
pemanfaatannya oleh tanaman melalui perubahan terlebih dahulu, dalam
bentuk amonia dan nitrat yang sampai ketanah melalui air hujan, atau yang di
ikat oleh bakteri pengikat nitrogen.
g. Sumber nitrogen lainnya adalah pupuk kandang dan bahan2 organis lainnya.
(Anonymous b, 2012)
2.2 Siklus Nitrogen
Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi senyawa yang
mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain.
Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus
nitrogen secara
khusus
sangat
dibutuhkan
dalam
ekologi
karena
ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses ekosistem kunci,
termasuk produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas manusia seperti
pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan pelepasan
nitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus nitrogen global.
6|Nitrogen
PROSES-PROSES DALAM DAUR NITROGEN
Gambar 2. Siklus Nitrogen
Nitrogen hadir
di
lingkungan
dalam
berbagai
bentuk
kimia
termasuk nitrogen organik, amonium (NH4 +), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-),
dan gas nitrogen (N2). Nitrogen organik dapat berupa organisme hidup, atau
humus, dan dalam produk antara dekomposisi bahan organik atau humus
dibangun. Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia lain.
Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau
menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Diagram
di
atas
menunjukkan
bagaimana
proses-proses
cocok
bersama
untuk
membentuk siklus nitrogen (lihat gambar).
Faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi aktifitas mikroorganisme
seperti suhu, kelembaban, dan ketersediaan sumberdaya. Pada dasarnya, nitrogen
menghasilkan asam amino, yang membangun blok protein. Produk fotosintesis ini
akan dikonsumsi oleh binatang dan mikroba yang hidup bebas. Kemudian mereka
bakteri yang membusuk dalam bentuk jaringan alga dan jaringan binatang yang
mati serta kotoran. Bakteri yang membusuk mendapat energi dari memecah
senyawa ini. Pemecahan ini membebaskan senyawa anorganik seperti nitrat yang
merupakan nutrien dasar. Yang membuat siklus nitrogen menjadi kompeks adalah
banyak jenis bakteri yang berbeda memecah nitrogen.
7|Nitrogen
Walaupun beberapa bakteri mengonsumsi zat organik terlarut atau
perubahan senyawa organik ke zat anorganik, nitrogen-fixing bacteria lain bisa
mengikat molekul nitrogen (N_2) ke dalam nutrien nitrat yang berguna
(〖NO〗_3). Dan sebaliknya, bakteri denitrifikasi mengubah nitrat ke dalam
molekul nitrogen. Ketersediaan nitrogen membatasi aktivitas fotosintesis dalam
air yang dingin (temperate water). Sebagian besar karena konversi nitrogen
organik kembali ke nutrien nitrat membutuhkan tiga tahap pengonversian bakteri
yang memerlukan waktu sampai tiga bulan. Seiring berjalannya waktu
pengonversian selesai, nitrat akan tenggelam dekat euphotic zone. Karena
perkembangan yang kuat selama bulan-bulan musim panas, nitrat tidak mau
kembali ke euphotic zone sampai termoklin melemah, yang diikuti upwelling dan
mixing selama musim gugur dan musim dingin.
Sekitar 48% gas terlarut di air laut adalah nitrogen, berbalik dengan
kandunganya di atmosfer, sekitar 78% dari volume seluruhnya (Garrison 2006).
Ketika nitrogen monoksida bercampur dengan hujan, akan membentuk cairan
asam nitrit yang akan membunuh ikan dan menghancurkan bangunan.
Gambar 3. Daur Nitrogen
8|Nitrogen
1. Fiksasi Nitrogen
Fiksasi
nitrogen adalah
proses
alam,
biologis
atau
abiotik
yang
mengubah nitrogen di udara menjadi ammonia (NH3). Mikroorganisme yang
mem-fiksasi nitrogen disebut diazotrof. Mikroorganisme ini memiliki enzim
nitrogenaze yang
dapat
menggabungkan hidrogen dan nitrogen.
Reaksi
untuk fiksasi nitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai berikut :
N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2
Mikroorganisme
yang
melakukan fiksasi
nitrogen antara
lain
: Cyanobacteria, Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia.
Selain itu ganggang hijau biru juga dapat memfiksasi nitrogen. Beberapa
tanaman yang lebih tinggi, dan beberapa hewan (rayap), telah membentuk
asosiasi
(simbiosis)
dengan diazotrof.
Selain
dilakukan
oleh
mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi pada proses non-biologis,
contohnya sambaran petir. Lebih jauh, ada empat cara yang dapat
mengkonversi unsur nitrogen di atmosfer menjadi bentuk yang lebih reaktif :
a. Fiksasi biologis: beberapa bakteri simbiotik (paling sering dikaitkan dengan
tanaman polongan) dan beberapa bakteri yang hidup bebas dapat
memperbaiki nitrogen sebagai nitrogen organik. Sebuah contoh dari bakteri
pengikat nitrogen adalah bakteri Rhizobium mutualistik, yang hidup dalam
nodul akar kacang-kacangan. Spesies ini diazotrophs. Sebuah contoh dari
hidup bebas bakteri Azotobacter.
b. Industri fiksasi nitrogen : Di bawah tekanan besar, pada suhu 600 C, dan
dengan penggunaan katalis besi, nitrogen atmosfer dan hidrogen (biasanya
berasal dari gas alam atau minyak bumi) dapat dikombinasikan untuk
membentuk amonia (NH3). Dalam proses Haber-Bosch, N2 adalah diubah
bersamaan dengan gas hidrogen (H2) menjadi amonia (NH3), yang
digunakan untuk membuat pupuk dan bahan peledak.
c. Pembakaran bahan bakar fosil : mesin mobil dan pembangkit listrik
termal, yang melepaskan berbagai nitrogen oksida (NOx).
d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan
terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.
9|Nitrogen
2. Asimilasi
Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik
dalam bentuk ion nitrat atau ion amonium. Sedangkan hewan memperoleh
nitrogen dari tanaman yang mereka makan.
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.
3. Amonifikasi
Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium
(NH4+) oleh bakteri dan jamur.
4. Nitrifikasi
Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri yang
hidup di dalam tanah dan bakteri nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi,
bakteri nitrifikasi seperti spesies Nitrosomonas mengoksidasi amonium (NH4
+) dan
mengubah amonia menjadinitrit
seperti Nitrobacter,
bertanggung
jawab
(NO2-).
Spesies
untuk oksidasi
bakteri
lain,
nitrit menjadi
dari nitrat (NO3-). Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting
karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman.
Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini :
1.
NH3 + CO2 + 1.5 O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O + H+
2.
NO2- + CO2 + 0.5 O2 + Nitrobacter → NO3-
3.
NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e−
4.
NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e
10 | N i t r o g e n
note : "Karena kelarutannya yang sangat tinggi, nitrat dapat memasukkan air
tanah. Peningkatan nitrat dalam air tanah merupakan masalah bagi air minum,
karena nitrat dapat mengganggu tingkat oksigen darah pada bayi dan
menyebabkan sindrom methemoglobinemia atau bayi biru. Ketika air tanah
mengisi aliran sungai, nitrat yang memperkaya air tanah dapat berkontribusi
untuk eutrofikasi, sebuah proses dimana populasi alga meledak, terutama
populasi alga biru-hijau. Hal ini juga dapat menyebabkan kematian kehidupan
akuatik karena permintaan yang berlebihan untuk oksigen. Meskipun tidak
secara langsung beracun untuk ikan hidup (seperti amonia), nitrat dapat
memiliki efek tidak langsung pada ikan jika berkontribusi untuk eutrofikasi
ini."
5. Denitrifikasi
Denitrifikasi adalah
proses
reduksi nitrat untuk
kembali
menjadi gas
nitrogen (N2), untuk menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini dilakukan
oleh spesies bakteri seperti Pseudomonas dan Clostridium dalam kondisi
anaerobik. Mereka menggunakan nitratsebagai akseptor elektron di tempat
oksigen selama respirasi. Fakultatif anaerob bakteri ini juga dapat hidup dalam
kondisi aerobik.
Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui beberapa kombinasi dari
bentuk peralihan sebagai berikut:
NO3− → NO2− → NO + N2O → N2 (g)
Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai reaksi redoks:
2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O
6. Oksidasi Amonia Anaerobik
Dalam
proses
biologis, nitrit dan amonium dikonversi
langsung
ke
elemen (N2) gas nitrogen. Proses ini membentuk sebagian besar dari konversi
11 | N i t r o g e n
nitrogen unsur di lautan. Reduksi dalam kondisi anoxic juga dapat terjadi
melalui proses yang disebut oksidasi amonia anaerobik
NH4+ + NO2− → N2 + 2 H2O
( Anonymousa,2012)
Gambar 4. Siklus Nitrogen
2.3 Metabolisme Nitrogen
Nitrogen merupakan elemen yang sangat esensial, menyusun bermacammacam persenyawaan penting, baik organik maupun anorganik. Nitrogen
menempati porsi 1 – 2 % dari berat kering tanaman. Ketersediaan nitrogen dialam
berada dalam beberapa bentuk persenyawaan, yaitu berupa : N2 (72 % volume
udara), N2O, NO, NO2, NO3 dan NH4+. Di dalam atanah, lebih dari 90%
nitrogen adalah dalam bentuk N-organik.
Di alam terjadi siklus N sebagai bagian proses aliran materi. Persenyawaan
nitrogen di luar tubuh organisme lebih banyak sebagai N-anorganik. Sebagian
berupa anion dan kation yang larut dalam air, berada dalam sistem tanah.
Sebagian lain persenyawaan nitrogen berada dalam fase gas di udara. Terjadi
12 | N i t r o g e n
perubahan siklis antara fase N-anorganik dan N-organik, yang melibatkan hewan,
tumbuhan, jamur dan mikro organisme lain dan faktor lingkungan abiotiknya.
Gambar 5 : Daur Nitrogen di Alam
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 Nanorganik 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.
13 | N i t r o g e n
(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 Norganik, akan dihasilkan ion-ion amonia, yang prosesnya disebut amonifikasi.
(Suyitno,2012)
14 | N i t r o g e n
2.4 Fiksasi Nitrogen
Reaksinya sbb:
N2 + 6e - - 2NH3 (G’0 = +150 kkal/mol = +630 kJ/mol)

Fiksasi N dilakukan oleh beberapa bakteri yang hidup bebas maupun
bersimbiosis dengan akar tanaman, misal:
Clostridium pasteuranium,
Klebisella, Rhodobacter, Rhizobium

Fiksasi N diatur oleh sistem operon gen yang rumit, termasuk gen nif . Fiksasi
berlangsung apabila di lingkungan konsentrasi ammonia menurun/rendah.

Pada habitat terrestrial, fiksasi N oleh simbiosis Rhizobium dg tanaman
Leguminosae merupakan donor terbesar dari senyawa N.

Penelitian tentang fiksasi N telah banyak dilakukan, misal oleh Hardy et al
tahun 1968 ttg reduksi asetilen menjadi etilen oleh nitrogenase.

Hasil penelitian ttg fiksasi N ini menunjukkan bahwa ada cukup banyak
genera bakteri yang dapat mem-fiksasi N termasuk spesies dari Bacillus,
Clostridium, dan Vibrio.

Pada habitat perairan, cyanobacteria adalah kelompok utama yang melakukan
fiksasi N (Anabaena, Nostoc, Gloeotrichia, Oscillatoria, Lyngbya, dll)

Komponen yang berperan dalam fiksasi N di habitat perairan adalah
heterocyst, tapi ada cyanobacteria yg tidak memiliki heterocyst yg juga dpt
fiksasi N

Fiksasi N memerlukan cukup banyak energi dalam bentuk ATP dan koenzim.
 Proses Fiksasi Nitrogen
Tahap pertama di dalam siklus nitrogen adalah fiksasi nitrogen atmosfer
oleh organisme pengikat nitrogen, yang menghasilkan ammonia (NH3). Amonia
dapat dimanfaatkan oleh hampir semua organisme hidup baik secara langsung
atau setelah pengubahannya menjadi senyawa terlarut lainnya, seperti nitrit, nitrat,
atau asam amino.
15 | N i t r o g e n
Mikroorganisme yang memfiksasi nitrogen disebut mikroorganisme
diazotrofik. Hanya beberapa spesies mikroorganisme dan tanaman yang dapat
melakukan fiksasi nitrogen atmosfer, yaitu:
a. Beberapa bakteri yang hidup bebas, seperti sianobakteri atau ganggang hijau
biru, yang terdapat tidak hanya di dalam air tawar dan air asin, tetapi juga
pada tanah dan jenis-jenis bakteri tanah lainnya, seperti Azotobacter mampu
melakukan fiksasi nitrogen atmosfer.
b. Jenis fiksasi nitrogen lainnya terjadi pada tanaman leguminosa, yang
mencakup kacang-kacangan, cengkeh, di dalam suatu proses yang
memerlukan kerjasama tanaman inang dan bakteri simbiotik yang hidup pada
bintil akarnya yaitu bakteri Rhizobium. Tipe fiksasi nitrogen ini dinamakan
fiksasi nitrogen simbiotik. Enzim yang mengkatalisis fiksasi nitrogen
sebenarnya terletak pada bakteri yang hidup dibintil akar, tetapi tanaman
menyediakan komponen essensial yang tidak ada dibakteri.
Jumlah N2 yang difiksasi oleh mikroorganisme diazotrofik mencapai 1011
kg per tahun, jadi lebih kurang 60% dari fiksasi nitrogen yang baru dipermukaan
bumi. Petir dan radiasi ultraviolet memfiksasi 15% dan sekitar 25% lainnya
berasal dari berbagai proses pada industri.
Fiksasi nitrogen dikatalis oleh suatu kompleks enzim, yaitu kompleks
nitrogenase, yang aktivitasnya masih belum dipahami sepenuhnya. Karena sistem
nitrogenase bersifat tidak stabil dan segera mengalami inaktivasi oleh oksigen
atmosfer, enzim ini sulit untuk diisolasi dalam bentuk aktif dan dimurnikan.
Enzim yang mengkatalis fiksasi nitrogen terletak pada bakteri yang hidup dibintil
akar, tetapi tanaman menyediakan komponen esensial yang tidak ada pada
bakteri.
Produk fiksasi nitrogen stabil yang pertama dikenali adalah ammonia
(NH3), jadi proses keseluruhan dipandang terdiri dari reduksi nitrogen (N2)
molekulor menjadi dua molekul ammonia. Kompleks nitrogenase, yang
melaksanakan proses transformasi dasar ini terdiri dari dua macam protein yaitu
suatu reduktase yang menyediakan elektron dengan daya reduksi yang sangat kuat
16 | N i t r o g e n
dan suatu nitrogenase yang akan memakai elektron itu untuk mereduksi N2
menjadi NH3. Kedua komponen kompleks nitrogenase yaitu reduktase dan
nitrogenase merupakan protein besi-belerang. Reduktase disebut juga protein besi
atau Fe-protein, sedangkan komponen nitrogenasenya disebut juga protein
molybdenum-besi (Mo-Fe-protein). Kofaktor Fe-Mo terdiri atas dua rumpun yang
saling dihubungkan oleh 3 atom belerang. Kofaktor Fe-Mo merupakan situs untuk
fiksasi nitrogen.
Pemindahan elektron dari reduktase ke nitrogenase dirangkaikan kepada
reaksi hidrolisis ATP oleh reduktase. Kompleks nitrogenase ini sangat sensitive
terhadap O2 yang dapat menyebabkan inaktivasi proses ini. Kacang-kacangan
dapat memelihara kadar O2 bebas yang sangat rendah pada nodul-nodul diakarnya
melalui cara pengikatan O2 kepada leghemoglobin, yang merupakan homolog dari
hemoglobin.
Reduksi N2 menjadi NH3 merupakan proses yang menggunakan 6 elektron.
N2 + 6 e- + 6H  2 NH3
Reduktase ini tidak seluruhnya sempurna. H2 juga dibentuk bersama-sama NH3.
Jadi untuk ini diperlukan tambahan 2 elektron.
N2 + 8 e- + 8H  2NH3 + H2
Pada mikroorganisme yang melakukan fiksasi nitrogen, kedelapan
elektron berpotensial tinggi itu berasal dari feredoksin tereduksi dihasilkan dalam
kloroplast oleh kerja fotosistem I. Melalui jalan lain feredoksin tereduksi dapat
pula dibentuk dari proses oksidatif. Fiksasi nitrogen memerlukan biaya energi
yang sangat besar. Paling sedikit 16 ATP dihidrolisis untuk setiap molekul N 2
yang direduksi. Persamaan keseluruhan bagi fiksasi nitrogen dapat dituliskan
sebagai berikut:
N2 + 8 e + 16 ATP + 16 H2O  2NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi + 8H+
(Anonymousc,2012)
17 | N i t r o g e n
2.5 Kelebihan dan Kekurangan Nitrogen
Defisiensi unsur N memiliki cirri utama yang terlihat pada daun yakni
menguning (klorosis), keadaan ini berbeda dengan daun yang normal yakni
berwarna hijau tua yang berarti mengandung klorofil tinggi. Proses penguningan
daun tanaman yang kekurangan N dimulai dari daun – daun yang tua dan akan
terus ke daun – daun muda jika kekurangan N terus berlanjut. Kejadian ini
menunjukan bahwa N sangat mobil, artinya apabila kekurangan N maka N dalam
jaringan tua akan dimobilisasikan ke jaringan – jaringan muda (titik tumbuh)
sehingga pada jaringan tua terjadi klorosis dan pada jaringan muda tetap tumbuh
normal yakni berwarna hija. Gejala lainya adalah pertumbuhan lambat atau kerdil,
daun hijau kekuningan, daun sempit, pendek dan tegak, daun-daun tua cepat
menguning dan mati.
Kelebihan N akan menyebabkan keracunan, akibat kelbihan N yakni
pertumbuhan vegetative tanaman dapat ditingkatkan tetapi akan memperpendek
masa generative, yang akhirnya justru menurunkan produksi atau menurunkan
kualitas tanaman. Tanaman yang kelebihan N menunjukan warna hijau gelap dan
sukulen yakni terlalu banyak mengandung air, akibatnya tanaman menjadi sangat
rentan akan serangan organism penggangu tumbuhan (OPT) yakni hama, bakteri,
jamur, virus, dan gulma, selain itu tanaman juga mudah roboh. Keracuanan N
dapat dipicu karena terlalu banyaknya unsur N yang tersedia Dalam am bentuk
ammonium (NH4+) meskipun penyerapan tanaman akan lebih maksimal jika N
dalam bentuk ion ini. Keracunan pada tanaman dapat mengakibatkan jaringan
pada vascular pecah dan berakibat terhambatnya resapan air.
( Purwadi,2012)
 Gejala kekurangan nitrogen :
Tanaman tumbuh kurus kerempeng, daun tua berwarna hijau muda, lalu berubah
menjadi kekuning-kuningan, jaringatanaman mengering dan mati, buah kerdil,
kecil dan cepat masak lalu rontok.
18 | N i t r o g e n
 Kelebihan nitrogen berakibat :

Menghasilkan tunas muda yang lembek / lemah dan vegetatif

Kurang menghasilkan biji dan biji-bijian

Menperlambat pemasakan / penuaan buah dan biji-bijian

Mengasamkan reaksi tanah, menurunkan PH tanah, dan merugikan
tanaman, sebab akan mengikat unsur hara lain, sehingga akan sulit diserap
tanaman.

Pemupukan jadi kurang efektif dan tidak efisien.
(Anonymousb,2012)
Gambar 6. Defisiensi Nitrogen
a) kekurangan
Gambar 7. Kekurangan nitrogen
19 | N i t r o g e n
Tanaman yang kekurangan nitrogen dikenali dari daun bagian bawah.
Daun itu menguning karena kekurangan klorofil. Lebih lanjut mengering dan
rontok. Tulang-tulang di bawah permukaan daun muda tampak pucat.
Pertumbuhan tanaman lambat , kerdil dan lemah. Produksi bunga dan biji
rendah.
b) Kelebihan
Warna daun terlalu hijau , tanaman rimbun dengan daun. Proses
pembuangan menjadi lama. Adenium bakal bersifat sekulen karena
mengandung banyak air. Hal itu menyebebkan rentan serangan cendawan dan
penyakit , dan mudah roboh. Produksi bunga menurun.
(Anonymousd,2012)
20 | N i t r o g e n
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
 Manfaat dan peran nitrogen bagi tumbuhan adalah memberikan warna pada
tanaman, panjang umur tanaman, penggunaan karbohidrat, diperlukan untuk
pembentukan atau pertumbuhan bagian vegetatif tanaman,seperti daun, batang
dan akar, berperan penting dalam hal pembentukan hijau daun yang berguna
sekali dalam proses fotosintesis, membentuk protein, lemak dan berbagai
persenyawaan organic, meningkatkan mutu tanaman penghasil daun-daunan,
dan meningkatkan perkembangbiakan mikro-organisme di dalam tanah
 Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi senyawa yang
mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang
lain. Siklus nitrogen terdiri atas fiksasi, asimilasi, amonifikasi, nitrifikasi,
denitrifikasi, dan oksidasi ammonia anaerobik.
 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 Norganik, 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.
 Tahap pertama di dalam siklus nitrogen adalah fiksasi nitrogen atmosfer oleh
organisme pengikat nitrogen, yang menghasilkan ammonia (NH3). Amonia
dapat dimanfaatkan oleh hampir semua organisme hidup baik secara langsung
atau setelah pengubahannya menjadi senyawa terlarut lainnya, seperti nitrit,
nitrat, atau asam amino.
Kelebihan N akan menyebabkan keracunan, akibat kelbihan N yakni
pertumbuhan vegetative tanaman dapat ditingkatkan tetapi akan memperpendek
masa generative, yang akhirnya justru menurunkan produksi atau menurunkan
kualitas tanaman. Defisiensi unsur N memiliki cirri utama yang terlihat pada daun
21 | N i t r o g e n
yakni menguning (klorosis), keadaan ini berbeda dengan daun yang normal yakni
berwarna hijau tua yang berarti mengandung klorofil tinggi. Proses penguningan
daun tanaman yang kekurangan N dimulai dari daun – daun yang tua dan akan
terus ke daun – daun muda jika kekurangan N terus berlanjut. Gejala lainya
adalah pertumbuhan lambat atau kerdil, daun hijau kekuningan, daun sempit,
pendek dan tegak, daun-daun tua cepat menguning dan mati.
22 | N i t r o g e n
DAFTAR PUSTAKA
Anonymousa. 2012. Siklus Nitrogen.
http://kamuspengetahuan.blogspot.com/2011/08/daur-siklus-nitrogen.html Di
akses 5 Mei 2012
Anonymousb. 2012. Unsur Hara Nitrogen (N)
http://pupukdsp.com/index.php/Pupuk-Tanaman/Unsur-Hara-Nitrogen-N.html
Di akses 6 Mei 2012
Anonymousc. 2012. Fiksasi Nitrogen.
http://www.angelfire.com/home/bioui/ML1.htm Di akses 6 Mei 2012
Anonymousd. 2012. Unsur Mikro.
http://chodoxcharming.blogspot.com/2011/01/gejala-kekurangan-dankelebihan-unsur.html Di akses 6 Mei 2012
Garrison, Tom. 2006. Essentials of Oceanography 4th ed. California : Thomson
Brooks/Cole
Harrison, John Arthur. 2003. The Nitrogen Cycle of Microbes and Men
Visionlearning Vol. EAS-2 (4) (terhubung berkala)
http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=98 Di akses
5 Mei 2012
Immawatitari. 2012. Antara Nitrogen dan Tanaman.
http://immawatitari.wordpress.com/2012/04/07/215/ Di akses 6 Mei 2012
Purwadi,Eko. 2012. Batas Kritis Suatu Unsur Hara dan Pengukuran Kandungan
Klorofil. http://www.masbied.com/2011/05/19/batas-kritis-suatu-unsur-haradan-pengukuran-kandungan-klorofil/
Di akses 6 Mei 2012
Suyitno. 2012. Metabolisme Nitrogen.
23 | N i t r o g e n
http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pengabdian/suyitno-aloysius-drsms/materi-pengayaan-tim-ibo-sman-7-purworejo-tentang-metabolisme-n.pdf
Di akses 6 Mei 2012
24 | N i t r o g e n