Metabolisme nitrogen.pptx amrul

Disusun dalam rangaka memenuhi tugasterstruktur dalam mata kuliah Fisiologi

Oleh : Amrullah M, S.Pd8136173002

Metabolisme nitrogen dapat didefinisikansebagai serangkaian dari proses biokimiayang mengambil tempat di dalam atau diluar tubuh tanaman berupa pembentukankompleks nitrogen dari molekul-molekulsederhana dan perombakan kompleksnitrogen menjadi molekul-molekulsederhana pembentuknya

Berdasarkan pengertian ini metabolisme nitrogen termasuk di dalamnya anabolisme yaitu

pembentukan, dan katabolisme yaitu prosesperombakan.

Anabolisme Katabolisme

fiksasi nitrogen, sintesis asam

amino, dan sintesisprotein

proteolisis, perombakanasam amino,

denitrifikasi, dannitrifikasi

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

Serangkaian reaksi metabolisme nitrogen dariatmosfer dan kembali lagi ke atmosfer dinamakansiklus nitrogen. Siklus utama nitrogen meliputifiksasi, ammonifikasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi.

Walaupun di atmosfer banyak mengandung nitrogen, suplay untukorganisme terutama tumbuhan sering kurang karena hanya mikroorganismetertentu saja yang mampu mengasimilasi molekul nitrogen dan mengubahnyamenjadi bentuk yang dapat digunakan tumbuhan.

Nitrogen yang terdapat dalam tanah sebagian besar berupa organik hasilpembusukan organisme (tumbuhan, hewan, dll) sedangkan lainnya berasaldari pelarutan bantuan, air hujan (dalam bentuk nitrat dan amonia) sertaaktivitas dari gunung berapi.

fiksasi, ammonifikasi, nitrifikasi, dandenitrifikasi.

1. Fiksasi Nitrogen

merupakan suatu proses perubahan darinitrogen bebas menjadi garam-garam nitrogen yang tersedia untuk absorbsi oleh tanaman

Fiksasi Nitrogen fiksasi nitrogen secara fisika

fiksasi nitrogen secara biologi

SIKLUS UTAMA NITROGEN

A. Fiksasi nitrogen secara fisika.

Fiksasi nitrogen secara fisika dapat terjadi dalambeberapa tahapan dengan melibatkan nitrogen yang terdapat di atmosfer dan oksigen di bawahpengaruh lecutan elektrik dan petir untukmemproduksi oksida nitrit.

Lecutan listrik dan petir

N2 + O2 2NO

Oksida nitrit (2NO) kemudian dioksidasi menjadinitrogen peroksida

Oksidasi

2NO + O2 2NO2

Selama hujan nitrogen peroksida (NO2) bersamaair hujan membentuk asam nitrit (HNO2) danasam nitrat (HNO3) yang turun bersama denganhujan.

2NO2 + air hujan HNO2 + HNO3

Di tanah, radikal alkali di tanah bereaksi denganHNO3 untuk meghasilkan nitrit dan nitrat larutdalam air yang dapat diabsorbsi tanaman melaluiakar.

Di tanah

Garam Ca atau K + HNO3 Ca-nitrat dan K-nitrat

B. Fiksasi nitrogen secara biologiBeberapa agen biologi yang berperan dalam fiksasinitrogen ialah bakteri simbiotik dan non simbiotikseperti bakteri, khamir, Actinomycetes, dan alga hijau birumikroorganisme yang mampu mengubah molekulnitrogen sehingga mampu untuk digunakan olehtumbuhan dibagi beberapa tipe yaitu :

1. Mikroorganisme yang hidup dalam akartumbuhan tertentu dan membentuk bintil akar. Misalnya akar polong-polongan (leguminosae) dengan Rhizobium sebagai simbionnya. Akarbukan polong-polongan seperti Alnus, Myrica, dan lain-lain sebagai simbionnya adalahActinomycetes.

2. Bakteri tanah heterotrof tertentu yang hidupbebas, contohnya Clostridium pasteuranum(aneorob) dan Azobacter (aerob)

3. Bakteri berfotosintesis, contohnya Rhodospirillumrubrum.

4. Beberapa ganggang hijau berfotosintesis, misalnya nostoc, Anabaena, dan Oscillatoria. Ganggang tersebut memiliki kemampuan untukmengolah nitrogen di atmosfer.

5. Cendawan, Khamir yang diisolasi dari tanahyang memiliki jumlah nitrogen yang sangatrendah. Mikoriza merupakan cendawan yang bersimbiosis dengan akar tanaman yang mampu mengikat nitrogen bebas

2. Ammonifikasi

Amonifikasi merupakan pengubahan nitrogen organik menjadi ammonium (NH4) olehbakteri dan cendawan tanah

amonifikasi ialah proses pembentukanamonium/ amonia dari bahan-bahan organikmelalui peristiwa dekomposisi dengan bantuanmikroorganisme tanah

3. Nitrifikasi

Proses oksidasi lebih lanjut Amonium (NH4+)

atau amonia (NH3) menjadi nitrit dan nitrat

Amonia yang dihasilkan dirubah dalam bentuknitrat oleh aktivitas nitrifikasi sehinggadinamakan nitrifikasi.

Proses nitrifikasi diawali denganpengoksidasian amonia menjadi nitrit olehNitrosomonas dan Nitrosoccocus.

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

4. Denitrifikasi

Denitrifikasi merupakan suatu proses reduksinitrat menjadi bentuk N2, NO, N2O, NO2, danNO3

- oleh bakteri anaerobik dimana molekul-molekul ini akan kembali ke atmosfer. Bakteritersebut menggunakan NO3

- sebagai penerimaelektron selama respirasi, sehingga diperolehenergi bagi kelangsungan hidupnya. Bakteriyang berperan dalam proses reduksi nitrat iniialah Pseudomonas denitrificans, P. Stutzeri, Bacillus subtilis, Thiobacillus denitrificans, Micrococcus, Clostridium dan lain-lain.

Melalui kehadiran Sulfur dan air, bakteriThiobacillus akan mengubah nitrat menjadi sulfatdan 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

Di alam HNO3 diubah menjadigugus amine ( R.NH2). Amine akan diubah ke dalam NO2, NH2, yang akan melepaskannitrogen bebas atau akandiubah ke dalam N2O. N2O akan diubah kembali menjadiNO2, NH2. HNO2 yang diproduksi akan diproses dandirubah menjadi H2N2O2melewati pembentukan HNO dan H2N2O2 dengan bantuanBacillus dapat memproduksiN2O yang selanjutnya dirubahmenjadi nitrogen bebas olehPseudomonas. HNO dapatdiubah menjadi nitrogen bebasdibantu oleh Pseudomonas melewati pembentukanNH2OH. HNO juga dapatdiubah menjadi NH3

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)

Enzima reduksi nitrat adalahsuatu flavoprotein yang mengandung FAD (FlavineAdenine Dinukleotida) sebagai gugus prostetik. Dalam akar tumbuhanenzima nitrat reduktasebereaksi denganNADH2/NADPH2, FAD darienzima diubah menjadiFADH2. Kemudian FADH2dioksidasi denganmemindahkan elektron keion molibdenum yang jugamerupakan bagian pentingdari enzima nitrat reduktase, dan dari molibdenumelektron akhirnya diangkutke nitrat

NADH2/NADPH FAD 2Mo+5 2H+ + NO3-

OksidasiNAD/NADP FADH2 2Mo+6 NO2

- + H2O

Tahap reduksi nitrat dapat dijelaskan sebagai

berikut

Reduksi

Oksidasi

6. Pembentukan Senyawa Organik Nitrogen Ion amonium dan amonia yang diserap oleh tumbuhan daritanah tidak tertimbun di suatu tempat tertentu di dalamtumbuhan. Amonium sangat beracun, karena dapatmenghambat pembentukan ATP di kloroplas maupunmitokondria dengan bertindak sebagai bahan pencerai, selain itu hilang ke atmosfer dalam bentuk NH3. SenyawaNH4 akan segera diubah menjadi senyawa-senyawa organikyaitu asam amino, amida, dan karbamil fosfat

Reaksi aminasi reduksi Reaksi transdeaminasiReaksi transaminasi

1. Sintesis asam aminopada umumnya meliputi

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.aspartatdehirogenase

Alanin

dehidrogenase

Contohnya, pemindahan gugus glutamat dan

oksaloasetat menghasilkan asam α ketoglutarat

dan aspartat.

Reaksi transaminasi

asamglutamat

asam

oksaloasetat

asam α ketoglutarat

asamAspartat

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.

Asam amino asam α ketoglutarat NADH2

H2O glutamatdehidrogenase

Asam α ketoglutarat asam glutamat NAD

Asam α ketoglutarat yang dihasilkan dari prosesdeaminasi asam amino kemudian akanmembentuk asam amino kembali, dipecah lebihlanjut menjadi CO2 dan H2O atau berubahmenjadi karbohidrat atau asam lemak.

NH3

Transaminasi Deaminasi

2. Pembentukan Amida (sintesisglutamin)

- Asam glutamat berkombinasi dengan ion amonium/amonia membentuk glutamin. Hal inibergantung pada ATP, sehingga memerlukanion magnesium atau mangan. Enzima yang berperan adalah glutamin sintase.

3. SintesisKarbamil Fosfat

- Sintesis karbamil fosfat dibutuhkan untukpembentukan asam nukleat karena karbamilfosfat merupakan tahapan awal untukpembentukan basa pirimidin. Asam nukleatsendiri mengandung pirimidin, sitosin, urasil, dan timin. Karbamil fosfat juga diperlukanuntuk sintesis asam amino arginin

KESIMPULAN

Siklus utama nitrogen meliputi beberapa proses

yaitu fiksasi nitrogen, amonifikasi, nitrifikasi, denitrifikasi, asimilasi nitrogen, dan pembentukansenyawa Organik Nitrogen

Fiksasi nitrogen meliputi fiksasi nitrogen secara fisika, dan fiksasi nitrogen secara biologi.

Pembentukan Senyawa Organik Nitrogen meliputipembentukan asam amino, amida, dan karbamil fosfat

Sintesis asam amino pada umumnya mengikuti reaksi

aminasi reduksi, reaksi taransaminasi, dan reaksi

transdeaminasi.

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.