Fiksasi Nitrogen dan Siklus Nitrogen di Alam

1. Disusun dalam rangaka memenuhi tugas
terstruktur dalam mata kuliah Fisiologi
Oleh : Amrullah M, S.Pd
8136173002

2. Metabolisme nitrogen dapat didefinisikan
sebagai serangkaian dari proses biokimia
yang mengambil tempat di dalam atau di
luar tubuh tanaman berupa pembentukan
kompleks nitrogen dari molekul-molekul
sederhana dan perombakan kompleks
nitrogen menjadi molekul-molekul
sederhana pembentuknya
Berdasarkan pengertian ini metabolisme nitrogen
termasuk di dalamnya anabolisme yaitu
pembentukan, dan katabolisme yaitu proses
perombakan.

3. Anabolisme Katabolisme
fiksasi nitrogen,
sintesis asam
amino, dan sintesis
protein
proteolisis,
perombakan
asam amino,
denitrifikasi, dan
nitrifikasi

4.  Tumbuhan Mengandung 1 - 25 %
Nitrogen
dari berat keringnya
 Nitrogen pada tumbuhan
 Nitrogen
75-80 % di atmosfer
di Tanah hanya sedikit
asam amino,
protein,amida,
klorofil,alkaloida,
dan basa nitrogen

5.  Serangkaian reaksi metabolisme nitrogen dari
atmosfer dan kembali lagi ke atmosfer dinamakan
siklus nitrogen. Siklus utama nitrogen meliputi
fiksasi, ammonifikasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi.
Walaupun di atmosfer banyak mengandung nitrogen, suplay untuk
organisme terutama tumbuhan sering kurang karena hanya mikroorganisme
tertentu saja yang mampu mengasimilasi molekul nitrogen dan mengubahnya
menjadi bentuk yang dapat digunakan tumbuhan.
Nitrogen yang terdapat dalam tanah sebagian besar berupa organik hasil
pembusukan organisme (tumbuhan, hewan, dll) sedangkan lainnya berasal
dari pelarutan bantuan, air hujan (dalam bentuk nitrat dan amonia) serta
aktivitas dari gunung berapi.

6.  fiksasi, ammonifikasi, nitrifikasi, dan
denitrifikasi.
1. Fiksasi Nitrogen
merupakan suatu proses perubahan dari
nitrogen bebas menjadi garam-garam nitrogen
yang tersedia untuk absorbsi oleh tanaman
Fiksasi Nitrogen fiksasi nitrogen
secara fisika
fiksasi nitrogen
secara biologi
SIKLUS UTAMA NITROGEN

7. A. Fiksasi nitrogen secara fisika.
Fiksasi nitrogen secara fisika dapat terjadi dalam
beberapa tahapan dengan melibatkan nitrogen
yang terdapat di atmosfer dan oksigen di bawah
pengaruh lecutan elektrik dan petir untuk
memproduksi oksida nitrit.
Lecutan listrik dan petir
N2 + O2 2NO
Oksida nitrit (2NO) kemudian dioksidasi menjadi
nitrogen peroksida
Oksidasi
2NO + O2 2NO2

8. Selama hujan nitrogen peroksida (NO2) bersama
air hujan membentuk asam nitrit (HNO2) dan
asam nitrat (HNO3) yang turun bersama dengan
hujan.
2NO2 + air hujan HNO2 + HNO3
Di tanah, radikal alkali di tanah bereaksi dengan
HNO3 untuk meghasilkan nitrit dan nitrat larut
dalam air yang dapat diabsorbsi tanaman melalui
akar.
Di tanah
Garam Ca atau K + HNO3 Ca-nitrat dan K-nitrat

9. B. Fiksasi nitrogen secara biologi
Beberapa agen biologi yang berperan dalam fiksasi
nitrogen ialah bakteri simbiotik dan non simbiotik
seperti bakteri, khamir, Actinomycetes, dan alga
hijau biru
mikroorganisme yang mampu mengubah molekul
nitrogen sehingga mampu untuk digunakan oleh
tumbuhan dibagi beberapa tipe yaitu :
1. Mikroorganisme yang hidup dalam akar
tumbuhan tertentu dan membentuk bintil akar.
Misalnya akar polong-polongan (leguminosae)
dengan Rhizobium sebagai simbionnya. Akar
bukan polong-polongan seperti Alnus, Myrica,
dan lain-lain sebagai simbionnya adalah
Actinomycetes.

10. 2. Bakteri tanah heterotrof tertentu yang hidup
bebas, contohnya Clostridium pasteuranum
(aneorob) dan Azobacter (aerob)
3. Bakteri berfotosintesis, contohnya Rhodospirillum
rubrum.
4. Beberapa ganggang hijau berfotosintesis,
misalnya nostoc, Anabaena, dan Oscillatoria.
Ganggang tersebut memiliki kemampuan untuk
mengolah nitrogen di atmosfer.

11. 5. Cendawan, Khamir yang diisolasi dari tanah
yang memiliki jumlah nitrogen yang sangat
rendah. Mikoriza merupakan cendawan yang
bersimbiosis dengan akar tanaman yang
mampu mengikat nitrogen bebas

12. 2. Ammonifikasi
Amonifikasi merupakan pengubahan nitrogen
organik menjadi ammonium (NH4) oleh
bakteri dan cendawan tanah
amonifikasi ialah proses pembentukan
amonium/ amonia dari bahan-bahan organik
melalui peristiwa dekomposisi dengan bantuan
mikroorganisme tanah

13. 3. Nitrifikasi
Proses oksidasi lebih lanjut Amonium (NH4
+)
atau amonia (NH3) menjadi nitrit dan nitrat
Amonia yang dihasilkan dirubah dalam bentuk
nitrat oleh aktivitas nitrifikasi sehingga
dinamakan nitrifikasi.
Proses nitrifikasi diawali dengan
pengoksidasian amonia menjadi nitrit oleh
Nitrosomonas dan Nitrosoccocus.

14. 2 NH3 + 3 O2 2HNO2 +H2O
Nitrat kemudian dioksidasi menjadi nitrat oleh bakteri Nitrotobacter
2HNO2 + O2 2HNO3
Proses nitrifikasi dari amonium
NH4
+ + 1½O2 NO2
−+ H2O + 2H+
NO2
− + ½O2 NO3
−
Nitrosomonas dan Nitrosoccocus
.
Nitrotobacter
Nitrosomonas dan Nitrosoccocus
Nitrotobacter

15. 4. Denitrifikasi
Denitrifikasi merupakan suatu proses reduksi
nitrat menjadi bentuk N2, NO, N2O, NO2, dan
NO3
- oleh bakteri anaerobik dimana molekul-
molekul ini akan kembali ke atmosfer. Bakteri
tersebut menggunakan NO3
- sebagai penerima
elektron selama respirasi, sehingga diperoleh
energi bagi kelangsungan hidupnya. Bakteri
yang berperan dalam proses reduksi nitrat ini
ialah Pseudomonas denitrificans, P. Stutzeri,
Bacillus subtilis, Thiobacillus denitrificans,
Micrococcus, Clostridium dan lain-lain.

16. Melalui kehadiran Sulfur dan air, bakteri
Thiobacillus akan mengubah nitrat menjadi sulfat
dan nitrogen, terjadi pelepasan energi
6KNO3 + 5S + 2H2O SO4 + 4KHSO4 +3N2 + Energi
Spesies Clostridium mengubah hydroksilamine (NH2OH)
menjadi amonia dan air
NH2OH + H2 NH3 + H2O
HNO2 + 3H2 NH3 + H2O
HNO3 + 4H2 NH3 + 3H2O
Thiobacillus
Clostridium
Clostridium
Clostridium

17. Di alam HNO3 diubah menjadi
gugus amine ( R.NH2). Amine
akan diubah ke dalam NO2,
NH2, yang akan melepaskan
nitrogen bebas atau akan
diubah ke dalam N2O. N2O
akan diubah kembali menjadi
NO2, NH2. HNO2 yang
diproduksi akan diproses dan
dirubah menjadi H2N2O2
melewati pembentukan HNO
dan H2N2O2 dengan bantuan
Bacillus dapat memproduksi
N2O yang selanjutnya dirubah
menjadi nitrogen bebas oleh
Pseudomonas. HNO dapat
diubah menjadi nitrogen bebas
dibantu oleh Pseudomonas
melewati pembentukan
NH2OH. HNO juga dapat
diubah menjadi NH3

18. Metabolisme Nitrogen
5. Asimilasi Nitrogen
Asimilasi nitrat merupakan perubahan nitrat menjadi amonium atau amonia.
Tahapan pengubahan ini melibatkan beberapa enzima sebagai katalisatornya.
Tahapan perubahannya dapat dikatakan sebagai proses reduksi nitrat
Nitrat Nitrit Hiponitrit Hydroksilamin Amonia
1. HNO3 + 2e- +2H+ HNO2 + H2O
2. HNO2 + 2e- +2H+ HNO + H2O
3. HNO + 2e- +2H+ NH2OH
4. NH2OH + 2e- +2H+ NH4 + H2O
NH2OH + 2e- +2H+ NH3 + H2O
Nitrat reduktase
Hiponitrit reduktase
Nitrat reduktase
Hidroksilamin reduktase
Hidroksilamin reduktase
(Nitrat)
(Nitrit)
(Hidroksilamin)
(Hidroksilamin)
(Hiponitrit)

19. Enzima reduksi nitrat adalah
suatu flavoprotein yang
mengandung FAD (Flavine
Adenine Dinukleotida)
sebagai gugus prostetik.
Dalam akar tumbuhan
enzima nitrat reduktase
bereaksi dengan
NADH2/NADPH2, FAD dari
enzima diubah menjadi
FADH2. Kemudian FADH2
dioksidasi dengan
memindahkan elektron ke
ion molibdenum yang juga
merupakan bagian penting
dari enzima nitrat reduktase,
dan dari molibdenum
elektron akhirnya diangkut
ke nitrat
NADH2/NADPH FAD 2Mo+5 2H+ + NO3
-
Oksidasi
NAD/NADP FADH2 2Mo+6 NO2
- + H2O
Tahap reduksi nitrat dapat dijelaskan sebagai
berikut
Reduksi
Oksidasi

20. 6. Pembentukan Senyawa Organik Nitrogen
Ion amonium dan amonia yang diserap oleh tumbuhan dari
tanah tidak tertimbun di suatu tempat tertentu di dalam
tumbuhan. Amonium sangat beracun, karena dapat
menghambat pembentukan ATP di kloroplas maupun
mitokondria dengan bertindak sebagai bahan pencerai,
selain itu hilang ke atmosfer dalam bentuk NH3. Senyawa
NH4 akan segera diubah menjadi senyawa-senyawa organik
yaitu asam amino, amida, dan karbamil fosfat
Reaksi aminasi reduksi Reaksi transdeaminasi
Reaksi transaminasi
1. Sintesis asam amino
pada umumnya meliputi

21. Reaksi aminasi reduksi
Asam oksaloasetat + NH4
+ + NADH2 Asam aspartat + NAD + H2O
Asam piruvat + NH4 + NADH2 Alanin + NAD + H2O
Termasuk juga di dalamnya reaksi asam α ketoglutarat menjadi glutamat. Asam
glutamat penting artinya dalam metabolisme tumbuhan
As.aspartat
dehirogenase
Alanin
dehidrogenase

22. Contohnya, pemindahan gugus glutamat dan
oksaloasetat menghasilkan asam α ketoglutarat
dan aspartat.
Reaksi transaminasi
asam
glutamat
asam
oksaloasetat
asam α
ketoglutarat
asam
Aspartat

23. Reaksi transdeaminasi
Pemutusan atau pembebasan gugus amino dari
asam amino disebut deaminasi. Satu proses
deaminasi oksidatif yang dikatalisis oleh enzima
asam amino dehidrogenase. Dari enzima asam amino
dehidrogenase tersebut terpenting adalah
glutamat dehidrogenase, yang sangat aktif tersebar
luas dalam jaringan tumbuhan. Reaksi yang mula-
mula terjadi adalah transaminasi kemudian diikuti
deaminasi, sehingga proses ini disebut juga
transdeaminasi.

24. Asam amino asam α ketoglutarat NADH2
H2O glutamat
dehidrogenase
Asam α ketoglutarat asam glutamat NAD
Asam α ketoglutarat yang dihasilkan dari proses
deaminasi asam amino kemudian akan
membentuk asam amino kembali, dipecah lebih
lanjut menjadi CO2 dan H2O atau berubah
menjadi karbohidrat atau asam lemak.
NH3
Transaminasi Deaminasi

25. 2. Pembentukan Amida (sintesis
glutamin)
- Asam glutamat berkombinasi dengan ion
amonium/amonia membentuk glutamin. Hal ini
bergantung pada ATP, sehingga memerlukan
ion magnesium atau mangan. Enzima yang
berperan adalah glutamin sintase.

26. 3. Sintesis
Karbamil Fosfat
- Sintesis karbamil fosfat dibutuhkan untuk
pembentukan asam nukleat karena karbamil
fosfat merupakan tahapan awal untuk
pembentukan basa pirimidin. Asam nukleat
sendiri mengandung pirimidin, sitosin, urasil,
dan timin. Karbamil fosfat juga diperlukan
untuk sintesis asam amino arginin

27. KESIMPULAN
Siklus utama nitrogen meliputi beberapa proses
yaitu fiksasi nitrogen, amonifikasi, nitrifikasi,
denitrifikasi, asimilasi nitrogen, dan pembentukan
senyawa Organik Nitrogen
Fiksasi nitrogen meliputi fiksasi nitrogen secara fisika,
dan fiksasi nitrogen secara biologi.
Pembentukan Senyawa Organik Nitrogen meliputi
pembentukan asam amino, amida, dan karbamil fosfat
Sintesis asam amino pada umumnya mengikuti reaksi
aminasi reduksi, reaksi taransaminasi, dan reaksi
transdeaminasi.

28. Microbial Physiology.Albert G. Moat, John W. Foster and Michael P.
Spector Copyright 2002 by Wiley-Liss, Inc
Harahap Fauziyah. 2012. Fisiologi Tumbuhan, Suatu Pengantar. Medan:
Unimed Press
Sánchez E et al., Nitrogen metabolism in roots and leaves of green
bean plants exposed to different phosphorus doses, FYTON 78
(2009)
Pandey S N, Sinha B K. Plant Physiologi 2nd Revised Edition. Kanpur:
Vikas Publishing House.
Salisbury F B, Ross C W. 1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid 2.
Diterjemahkan oleh Lukman D R dan Sumaryono. Bandung: Penerbit ITB.