NAMA : IRIANI PUSPITASARI S

NPM : 140210077001

PROSES NITROGEN

Metabolisme nitrogen

Metabolisme nitrogen mencakup jalur-jalur sirkulasi (turnover) dan ekskresi nitrogen dalam

organisme maupun proses-proses biologis daur nitrogen di alam:

Fiksasi nitrogen biologis

Asimilasi nitrogen

Amonififkasi

Nitrifikasi

Dissimilatori Reduksi Nitrat, Asilmilasi Nitrat dan Denitrifikasi

1. Fiksasi Nitrogen

Gas nitrogen banyak terdapat di atmosfer, yaitu 80% udara. Siklus nitrogen adalah

transfer nitrogen dari atmosfir ke dalam tanah. Selain air hujan yang membawa sejumlah

nitrogen, penambahan nitrogen ke dalam tanah terjadi melalui proses fiksasi nitrogen. Fiksasi

nitrogen secara biologis dapat dilakukan oleh bakteri Rhizobium yang bersimbiosis dengan

polong-polongan, bakteri Azotobacter dan Clostridium. Selain itu ganggang hijau biru dalam

air juga memiliki kemampuan memfiksasi nitrogen. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi

dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat/petir. Tumbuhan memperoleh nitrogen

dari dalam tanah berupa ammonia (NH3), ion nitrit (NO2-), dan ion nitrat (NO3-).

Nitrat yang di hasilkan oleh fiksasi biologis digunakan oleh produsen (tumbuhan) diubah

menjadi molekul protein. Semua mikroorganisme mampu melakukan fiksasi nitrogen, dan

berasosiasi dengan N-bebas yang berasal dari tumbuhan. Nitrogen dari proses fiksasi

merupakan sesuatu yang penting dan ekonomis yang dilakukan oleh bakteri genus Rhizobium

dengan tumbuhan Leguminosa termasuk Trifollum spp, Gylicene max (soybean), Viciafaba

(brand bean), Vigna sinensis (cow-pea), Piscera sativam (chick-pea), dan Medicago sativa

(lucerna) (Rompas, 1998). Akhir-akhir ini ditemukan simbiosis asosiasi antara bakteri

Azospirillum lipoferum dan akar tumbuhan termasuk rumput tropikal Digitaria decumbens,

juga jenis rumput tropikal Paspalum notatum mampu melakukan fiksasi N bersama-sama

bakteri Azotobacter paspalli di dalam akar (Dobereiner, 1978, dalam Rompas, 1998)

2. Asimilasi NH3

Beberapa tanaman dapat memperoleh sumber nitrogen dari tanah, dan penyerapan akar

mereka baik dalam bentuk ion nitrat atau ion amonium. Semua nitrogen yang diperoleh oleh

hewan dapat ditelusuri kembali untuk makan tanaman itu sendiri melalui beberapa tahapan

rantai makanan. Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui akar

rambut mereka. Jika nitrat diserap, pertama-tama dikurangi menjadi ion nitrit dan ion

amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat intens, dan klorofil . Pada

tanaman yang memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen beberapa adalah

berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung dari bintil akar. Hewan, jamur, dan

organisme heterotrofik lainnya menyerap nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan lain

molekul organik kecil.

3. Amonififkasi

Selanjutnya jika tumbuhan atau hewan mati, bakteri pengurai merombaknya menjadi gas

amoniak (NH3) dan garam ammonium yang larut dalam air (NH4+). Proses ini disebut

dengan amonifikasi. Bakteri Nitrosomonas dan nitrosococcus mengubah amoniak dan

senyawa ammonium menjadi nitrat yang akan diserap oleh akar tumbuhan. Amonifikasi

dilakukan oleh tumbuhan, hewan dan mikroorganisme. Pada lingkungan asam atau netral,

NH3 ada dalam bentuk ion NH4+. Pada lingkungan basa, NH3 akan dilepas ke atmosfir. Ion

NH4+ merupakan bentuk N yang dapat digunakan oleh berbagai organisme termasuk

mikroorganisme

4. Nitrifikasi

Nitrifikasi merupakan suatu proses oksidasi ensimatik yang dilakukan oleh sekelompok

jasad renik/bakteri dan berlangsung dalam dua tahap yang terkoordinasikan. Masing-masing

dilakukan oleh bakteri/jasad renik yang berbeda pada tahap-tahapan proses nitrifikasi

(Mas’ud, 1992), sebagai berikut :

Tahap Pertama (nitrisasi)

Menurut Rompas (1998), bakteri autotrofi (bakteri nitrifikasi) dapat menggunakan N-

anorganik untuk melakukan nitrifikasi, seperti genera bakteri Nitosomonos, Nitrosococcus,

Nitrosospira, Nitrosovibrio, dan Nitrosolobus. Pada proses tahap pertama reaksi berlangsung

dari ammonium ke nitrit yang melibatkan bakteri Nitrosomonos dan Nitrosococcus dengan

persamaan reaksi.

Tahap Kedua (nitrisasi)

Sedangkan reaksi kedua diperankan oleh bakteri Nitrobacter dan Nitrococcus spp yang

melakukan oksidasi dari nitrat ke nitric dengan persamaan reaksi. Reaksi nitrifikasi seperti di

atas dapat berlangsung jika adanya oksigen. Proses oksidasi dari No2 ke nitrit umumnya lebih

cepat daripada proses oksidasi dari NH4 ke nitrit, dan nitrit ini terakumulasi di lingkungan.

5. Dissimilatori Reduksi Nitrat, Asilmilasi Nitrat dan Denitrifikasi

Denitrifikasi merupakan proses pereduksian senyawa N-nitrat menjadi gas nitrogen

dan/atau gas nitrogen oksida, dengan nitrogen bertindak sebagai penerima hydrogen.

Produksi nitrogen bebas dari senyawa-senyawa organic tidaklah melalui aksi

mikroorganisme, namun terbentuk secara tidak langsung oleh saling tindak antara asam nitrat

bebas dengan senyawa amino, yang keduanya dihasilkan secara bersama melalui biang

bakteri (Mas’ud, 1992).

Menurut Rompas (1998), dalam keadaan anaerob, bakteri aerob dapat memanfaatkan nitrat

untuk menggantikan oksigen sebagai penerima elektron, sehingga mengurangi gas-gas

produk akhir seperti NO, N2O atau N2 , tahapan dalam nitrifikasi adalah sebagai berikut:

Gas dinitrogen dan nitrogen oksida adalah dua komponen produk akhir yang sangat

penting dan N2 biasanya diproduksi dari N2O sedang dari NO dapat terjadi tetapi dalam

kondisi tertentu. Terbentuknya N2O dan N2 tidak saja dari nitrat selama respirasi, tetapi

dapat juga konversi dengan cara asimilasi ke NH4 + dalam komponen organic biomasa.

Tentu pula mikroorganisme dapat merubah NO3- ke NH4+ melalui mekanisme diasimilasi

pada kondisi anaerob, mekanisme ini bersama denitrifikasi adalah proses memanfaatkan

energi. 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.

Tumbuhan memperoleh nitrogen dari dalam tanah berupa amonia (NH3), ion nitrit (N02),

dan ion nitrat (N03- ). Beberapa bakteri yang dapat menambat nitrogen terdapat pada akar

Legum dan akar tumbuhan lain, misalnya Marsiella crenata. Selain itu, terdapat bakteri

dalam tanah yang dapat mengikat nitrogen secara langsung, yakni Azotobacter sp. yang

bersifat aerob dan Clostridium sp. yang bersifat anaerob. Nostoc sp. dan Anabaena sp.

(ganggang biru) juga mampu menambat nitrogen.

Nitrogen yang diikat biasanya dalam bentuk amonia. Amonia diperoleh dari hasil

penguraian jaringan yang mati oleh bakteri. Amonia ini akan dinitrifikasi oleh bakteri nitrit,

yaitu Nitrosomonas dan Nitrosococcus sehingga menghasilkan nitrat yang akan diserap oleh

akar tumbuhan. Selanjutnya oleh bakteri denitrifikan, nitrat diubah menjadi amonia kembali,

dan amonia diubah menjadi nitrogen yang dilepaskan ke udara. Dengan cara ini siklus

nitrogen akan berulang dalam ekosistem.

Gbr. Siklus Nitrogen di Alam

DAUR SULFUR

Belerang atau sulfur merupakan unsur penyusun protein. Tumbuhan mendapat sulfur dari

dalam tanah dalam bentuk sulfat (SO4 ). Kemudian tumbuhan tersebut dimakan hewan

sehingga sulfur berpindah ke hewan. Lalu hewan dan tumbuhan mati diuraikan menjadi gas

H2S atau menjadi sulfat lagi. Secara alami, belerang terkandung dalam tanah dalam bentuk

mineral tanah. Ada juga yang gunung berapi dan sisa pembakaran minyak bumi dan batubara.

Daur tipe sedimen cenderung untuk lebih kurang sempurna dan lebih mudah diganggu oleh

gangguan setempat sebab sebagian besar bahan terdapat dalam tempat dan relatif tidak aktif

dan tidak bergerak di dalam kulit bumi. Akibatnya, beberapa bagian dari bahan yang dapat

dipertukarkan cenderung " hilang" untuk waktu yang lama apabila gerakan menurunnya jauh

lebih cepat dari pada gerakan "naik" kembali. Setiap daur melibatkan unsur organisme untuk

membantu menguraikan senyawa-senyawa menjadi unsur-unsur. Dalam daur belerang

misalnya, mikroorganisme yang bertanggung jawab dalam setiap trasformasi adalah sebagai

berikut:

1. H2S → S → SO4; bakteri sulfur tak berwarna, hijau dan ungu.

2. SO4 → H2S (reduksi sulfat anaerobik), bakteri desulfovibrio.

3. H2S → SO4 (Pengokaidasi sulfide aerobik); bakteri thiobacilli.

4. S organik → SO4 + H2S, masing-masing mikroorganisme heterotrofik

aerobik dan anaerobik.

Selain itu ada beberapa jenis bakteri terlibat dalam daur sulfur, antara lain Desulfomaculum

dan Desulfibro yang akan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk hidrogen sulfida

(H2S). Kemudian H2S digunakan bakteri fotoautotrof aerob seperti Chromatium dan

melepaskan sulfur dan oksigen. Sulfur dioksida menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrof

seperti Thiobacillus.