MAKALAH TENTANG NITROGEN



Filed under : Makalah

BAB I

PENDAHULUAN

 

1.1 Latar Belakang

Nitrogen merupakan elemen yang sangat esensial, menyusun bermacam-macam 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.

Asimilasi nitrogen dan sulfur membutuhkan serangkaian reaksi biokimia yang komplek yang membutuhkan energi. Asimilasi kation melibatkan pembentukkan komplek dengan senyawa organik. Pada makalah  ini diulas mengenai reaksi primer untuk asimilasi dua unsur hara utama nitrogen dan sulfur.

Unsur nitrogen di dalam tanaman dijumpai dalam bentuk anorganik atau organik yang bergabung denagn C, H, O dan kadangkala dengan S untuk membentuk asam amino , asam nukleat, klorofil, alkanoid, dan basa purin. Unsur N tersebut berkorelasi sangat erat dengan perkembangan jaringan meristem, sehingga sangat menentukan pertumbuhan dan perkembangan tanaman.

Siklus nitrogen dari fiksasi N2-atmosfer secara fisik/kimiawi yang menyuplai tanah bersama presipitasi, dan oleh mikroorganisme baik secara simbiotik maupun nonsimbiotik yang menyuplai tanah baik melaliu inangnya maupun setelah mati. Sel-sel mati ini bersama dengan sisa tanaman/hewan akan menjadi bahan organic yang siap didekomposisikan dan melalui serangkaian proses mineralisasi (aminisasi, amonifikasi, dan nitrifikasi) akan melepaskan N-mineral (NH4+ dan NO3-) yang kemudian di immobilisasi oleh tanaman atau mikrobia.

 

 

1.2 Rumusan Masalah

  1. Apa yang dimaksud dengan nitrogen?
  2. Bagaimana proses terjadinya reduksi dari nitrogen?
  3. Bagaimana asimilasi dari nitrogen?
  4. Bagaimana proses fiksasi dari nitrogen?

1.3 Tujuan

  1. Untuk mengetahui definisi dari nitrogen
  2. Untuk memahami proses terjadinya reduksi dari nitrogen
  3. Untuk mengetahui asimilasi dari nitrogen
  4. Untuk memahami proses fiksasi dari nitrogen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Nitrogen

2.1.1 Pengertian nitrogen

Nitrogen merupakan suatu bagian dari sel hidup dan bagian utama dari semua protein, enzim dan proses metabolik yang disertakan pada sintesa dan perpindahan energi. Nitrogen itu sendiri merupakan unsur yang penting untuk seluruh  proses dalam tumbuhan. Pengambilan N oleh tumbuhan telah dipelajari oleh Morot-Gaudry (1997); kekurangan N menyebabkan terhambatnya pertumbuhan tanaman baik secara alami  maupun pada pertanian. Nitrogen banyak terdapat pada bagian klorofil, yang merupakan pewarna hijau dari tanaman yang bertanggung jawab terhadap fotosintesis. Nitrogen merupakan unsur yang diperlukan untuk membentuk senyawa penting di dalam sel, termasuk protein, DNA dan RNA.  Nitrogen adalah komponen utama dalam semua asam amino, yang nantinya dimasukkan ke dalam protein,  protein adalah zat yang sangat kita butuhkan dalam pertumbuhan. Gas nitrogen banyak terdapat di atmosfer, yaitu 80% dari udara. Nitrogen bebas dapat ditambat/difiksasi terutama oleh tumbuhan yang berbintil akar (misalnya jenis polongan) dan beberapa jenis ganggang. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat/ petir. Nitrogen terdapat dalam berbagai macam bentuk, yaitu:

1.  Bentuk gas: dinitrogen oksida (N2O), oksida nitrogen (NOx), dan ammonia (NH3)

2.   Bentuk ion: nitrat (NO3-) dan ammonium (NH4+)

3.  Senyawa organik: urea [CO(NH2)2], protein, enzim, humus (Laegreid et al, 1999).

2.1.2 Peranan  Nitrogen

Ada beberapa peranan nitrogen terhadap pertumbuhan tanaman diantaranya adalah:

1.  Memacu pertumbuhan tanaman secara umum terutama pada fase vegetative, berperan dalam pembentukan klorofil, dan merangsang perkembang biakan mikroorganisme.

2. Peranan nitrogen dalam tanaman yaitu mensintesis karbohidrat menjadi protein dan protoplasma (melalui mekanisme respirasi) yang berperan dalam pembentukan jaringan fegetatif tanaman.

3. Peranan nitrogen dalam tanah yaitu nitrogen diserap tanaman dalam bentuk nitrat (NO3) dan ammonium (NH4), akan tetapi nitrat akan segera tereduksi menjadi amonium melalui enzim yang mengandung Mo.

Amonium merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang hidup di tanah masam, terutama tanah humus, nitrat, merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang hidup di tanah netral atau basa selanjutnya organic, merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang hidup di tanah organic. Nitrogen udaram merupakaan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang bersimbiosis dengan organisme penambat nitrogen.

 

2.1.3 Kekurangan unsur hara Nitrogen (N)

Beberapa gejala jika tanaman kekurangan unsur nitrogen (N):

  • Warna daun hijau agak kekuning-kuningan dan pada tanaman padi warna ini mulai dari ujung daun menjalar ke tulang daun selanjutnya berubah menjadi kuning lengkap, sehingga seluruh tanaman berwarna pucat kekuning-kuningan. Jaringan daun mati dan inilah yang menyebabkan daun selanjutnya menjadi kering dan berwarna merah kecoklatan.
  • Pertumbuhan tanaman lambat dan kerdil
  • Perkembangan buah tidak sempurna atau tidak baik, seringkali masak sebelum waktunya
  • Dapat menimbulkan daun penuh dengan serat, hal ini dikarenakan menebalnya membran sel daun sedangkan selnya sendiri berukuran kecil-kecil
  • Dalam keadaan kekurangan yang parah, daun menjadi kering, dimulai dari bagian bawah terus ke bagian atas.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Asimilasi

Asimilasi adalah transport komponen metabolik terlarut dari luar ke dalam lingkungan sel, baik secara pasif (difusi) maupun transport aktif. Sel yang mendapatkan semua komponen metabolic melalui asimilasi disebut osmotrof, contohnya jamur, algae, dan bakteri. Asimilasi dipenuhi dengan mekanisme transportasi dengan energi pasif (energi netral) dan energi aktif (energi konsumsi). Transport pasif dilakukan berdasarkan driving force yang berupa gradient konsentrasi, dengan mekanisme difusi. Proses ini bersifat spontan, tidak membutuhkan energi dari luar dan akan berlangsung sampai konsentrasi di area perbatasan sel dengan daerah luar menjadi homogen . Transport pasif akan terjadi hanya ketika molekul mampu berdifusi melalui membran sel.

 

2.2.1 Asimilasi Nitrogen

  • Mekanisme Asimilasi Nitrogen pada Tanaman

Proses di mana nitrogen diambil oleh tanaman untuk sintesis protein disebut asimilasi nitrogen. Tanaman yang tinggi menyerap nitrogen nitrat lebih banyak. Oleh karena itu nitrogen  harus ditransformasikan ke dalam bentuk nitrat yang tersedia. Kemudian nitrat setelah memasukkan ke dalam akar dikonversi atau dikurangi menjadi jaringan yang digunakan membuat berbagai senyawa organik.

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.

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.

Yang dibutuhkan dalam asimilasi nitrogen yaitu :

À              Memerlukan cadangan sumber energi

À              Energi berasal dari fotosintesis

À              Reaksi terjadi pada jaringan dan kompartemen sel yang

berbeda.

À              Berkaitan erat dengan metabolisme karbon.

2.3 Fiksasi Nitrogen

Pertama nitrogen atmosfer baik non-symbiotically atau symbiotically diubah menjadi nitrat dan membuatnya tersedia di tanah atau bintil akar. Beberapa pohon hidup bakteri seperti Azatobacter, clostridium, chlorobium dan beberapa bakteri simbiotik seperti rhizobium ganggang hijau biru seperti bantuan nostoc dalam fiksasi nitrogen.

Fiksasi nitrogen keahlian dari prokariotik yang luar biasa dimana gas nitogen atmosfer merupakan (N2) dikombinasikan dengan kedalam bentuk ammonia (NH3). Proses vital ini mendekati proses nitrifikasi (pembentukan amonia dari pemecahan protein) menjadikan nitrogen tersedia untuk tanaman autotrofik dan untuk semua anggota ekosistem.

Fiksasi atau penambatan nitrogen merupakan proses reduksi N2 menjadi NH4, dan proses ini hanya bisa dilakukan oleh mikroba prokariota. Pada polong-polongan yang berperan dalam fiksai N2 dalam akar adalah spesies bakteri dari genus Rhizobium. Rhizobium adalah bakteri aerob yang bertahan sebagai saprofit dalam tanah hingga menginfeksi bulu akar atau merusak sel epidermis. Hubungan simbiotik antar Legum dengan bakteri pemfiksasi nitrogen adalah mutualistik. Keduanya memperoleh keuntungan. Bakteri menyediakan nitrogen terfiksasi bagi legum, dan tumbuhan menyediakan karbohidrat dan senyawa organik lain untuk bakteri. Sebagian besar amonium yang dihasilkan melalui fiksasi nitrogen simbiotik digunakan oleh bintil untuk membuat asam amino, yang kemudian diangkut ke tunas dan daun melalui xylem. Koevolusi pasangan yang sangat indah ini jelas terlihat dalam kerjasama sintesis suatu molekul yang disebut leghemoglobin, dengan tumbuhan dan bakteri masing-masing membuat satu bagian molekul tersebut. Leghemoglobin adalah suatu protein yang mengandung besi, seperti hemoglobin sel darah merah manusia, berikatan secara reversibel dengan oksigen. Warna kemerahan bintil kacang kedelai disebabkan oleh leghemoglobin. Leghemoglobin bintil akar ini berperan sebagai ”buffer” oksigen, yang mengatur persediaan oksigen untuk meningkatkan respirasi yang diperlukan oleh bakteri untuk menghasilkan ATP untuk fiksasi nitrogen.

 

 

 

 

 

Gambar 2: perkembanagan bintil akar kedelai

  1. Akar menghasilkan sinyal kimia yang menarik bakteri Rhizobium. Bakteri ini kemudian akan menghasilkan sinyal yang merangsang rambut akar untuk memanjang, dan membentuk suatu benang infeksi melalui suatu invaginasi atau penonjolan ke rah dalam membran plasma.
  2. Bakteri menembus korteks akar di dalam benang infeksi. Sel korteks akar dan perisikel stele mulai terbelah, dan kantung yang mengandung bakteri itu memisah ke sel kortikal dari benang infeksi yang bercabang. Membrab kabtung merupakan invaginasi dari membran plasa sel-sel akar.
  3. Pertumbuhan terus berlangsung pada bagian korteks dan perisikel yang terpengaruh. Kedua masa sel-sel yang membelah ini menyatu untuk membentuk bintil akar.
  4. Bintil terus tumbuh, dan jaringan pembuluh menghubungkan bintil dengan xylem dan floem stele itu sekarang berkembang. Jaringan pembuluh ini menyediakan zat-zat makanan bagi bintil dan membawa senyawa bernitrogen dari bintil kedalam stele untuk di distribusi hingga kebagian tumbuhan lain.

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

Mikro organisme 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 :

  1. 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.
  2. 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.
  3. Pembakaran bahan bakar fosil : mesin mobil dan pembangkit listrik termal, yang melepaskan berbagai nitrogen oksida (NOx).
  4. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.

2.4 Reduksi Nitrogen

  1. 1.                       Amonifikasi

Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur.

  1. 2.                       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 (NO2-). Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter, bertanggung jawab untuk oksidasi 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

  1. 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

  1. Oksidasi Amonia Anaerobik

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 anaerobik

NH4+ + NO2− → N2 + 2 H2O.

Penyerapan nitrogen

  • Anasir hara nitrogen (N) diserap perakaran tanaman dalam bentuk anion nitrat (NO3-), kation amonium (N4+) dan bahan lebih kompleks, seperti asam amino larut atmosphere dan asam nukleik.
  • Setiap jenis tanaman mempunyai kecenderungan khusus untuk menggunakan bentuk ion nitrogen yang dibutuhakannya dan kecendrungan ini dapat berubah oleh cause lingkungan.
  • Umumnya tanaman mampu menyerap dan menggunakan nitrat dan amonium.
  • Tanaman lahan atusan lebih banyak menyerap N dalam bentuk anion nitrat,
  • sedangkan tanman padi sawah lebih banyak menyerap N-NH4+.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RSS feed for comments on this post. TrackBack URI

Leave a reply


*