MAKALAH

METALOENZIM DALAM TUBUH

Makalah ini disusun sebagai syarat menyelesaikan Mata Kuliah Kimia Bio Anorganik yang diampu oleh Ibu Sriatun, S.Si, M.Si

Oleh :

Oleh:Linda Karlina 24030110110039

Nurul Fauziah Y. 24030110120042

Erwin Nur Cahyanto 24030110120047

Mei Viantika Sari 24030110130055

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA

UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG

2013

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Tubuh manusia merupakan kumpulan sel hidup yang bercampur, bereaksi, dan

berinteraksi satu dengan yang lain membentuk suatu susunan yang rumit tetapi terorganisasi

dengan sempurna. Struktur yang teratur tersebut terdiri atas senyawa organik dan anorganik.

Berbagai senyawa organik yang sangat penting pada tubuh manusia adalah protein yang

berfungsi dalam mempertahankan bentuk maupun sebagai enzim, hormon, atau antibodi yaitu

protein-protein aktif yang berperan dalam kelangsungan proses biokimia; karbohidrat berperan

sebagai sumber energi; asam nukleat sebagai pembentuk gen atau faktor genetika; serta lipid

yang sebagian besar terdapat dalam membran sel.

Salah satu bentuk protein adalah enzim yang pada umumnya memerlukan unsur runutan

dalam aktivitasnya, yaitu berperan dalam memulai dan mempercepat reaksi pada suhu tubuh.

Sebanyak lebih dari 2000 reaksi kimia berlangsung dalam tubuh manusia, di antaranya banyak

yang memerlukan suhu atau tekanan yang cukup tinggi apabila berlangsung di luar tubuh. Berkat

bantuan enzim reaksi tersebut dapat berlangsung pada suhu tubuh di bawah tekanan udara

normal. Ditinjau dari fungsinya unsur runutan pada umumnya merupakan bagian dari sistem

enzim, yaitu berupa metaloenzim dan kompleks logam-enzim. Pada metaloenzim unsur logam

terdapat dalam jumlah tertentu dan merupakan bagian integral dari molekul enzim. Unsur Zn

merupakan logam yang pertama kali teridentifikasi masuk dalam kategori ini yaitu dalam

karbonik-anhidrase. Perkembangan selanjutnya membuktikan bahwa metaloenzim-Zn berperan

sangat luas dalam proses metabolisme karbohidrat, lipid, protein dan asam nukleat, yaitu

metaloenzim alkohol- dehidrogenase, laktat-dehidrogenase, karboksi-peptidase A dan B, serta

alkali- fosfatase. Unsur Zn juga merupakan bagian yang vital dari DNA dan RNA-polimerase.

Pada penelitian-penelitian selanjutnya kemudian ditemukan banyak sekali metaloenzim lain yang

terdapat dan diperlukan oleh tubuh. Meninjau begitu pentingnya metalloenzim dalam tubuh

sehingga diperlukan pembahasan yang lebih dalam mengenai metaloenzim itu sendiri.

I.2 Rumusan Masalah

1. Apakah yang disebut dengan metaloenzin?

2. Apakah peran metaloenzim dalam tubuh?

3. Apa sajakah jenis-jenis metaloenzim?

4. Bagaimanakah mekanisme kerja metabolisme dalam tubuh?

I.3 Tujuan

Tujuan pembuatan makalah ini adalah

1. Mengetahui definisi metaloenzim

2. Mengetahui peran metaloenzim dalam tubuh

3. Mengetahui jenis-jenis metaloenzim

4. Mengetahui mekanisme kerja metaloenzim dalam tubuh

BAB II

METALOENZIM

2.1. ENZIM

A. Pengertian

Enzim merupakan protein yang berfungsi sebagai biokatalis dalam sel hidup. Enzim telah

banyak digunakan dalam bidang industri pangan, farmasi dan industri kimia lainnya. Dalam

bidang pangan misalnya amilase, glukosa-isomerase, papain, dan bromelin, sedangkan dalam

bidang kesehatan contohnya amilase, lipase, dan protease. Enzim dapat diisolasi dari hewan,

tumbuhan dan mikroorganisme. Kelebihan enzim dibandingkan katalis biasa adalah : dapat

meningkatkan produk beribu kali lebih tinggi; bekerja pada pH yang relatif netral dan suhu yang

relatif rendah; dan bersifat spesifik dan selektif terhadap subtrat tertentu.

Pada enzim terdapat bagian protein yang tidak tahan panas yaitu disebut dengan

apoenzim, sedangkan bagian yang bukan protein adalah bagian yang aktif dan diberi nama gugus

prostetik, biasanya berupa logam seperti besi, tembaga , seng atau suatu bahan senyawa organic

yang mengandung logam. Apoenzim dan gugus prostetik merupakan suatu kesatuan yang disebut

holoenzim, tetapi ada juga bagian enzim yang apoenzim dan gugus prospetiknya tidak menyatu.

(Azmi, 2006)

B. Klasifikasi Enzim

Klasifikasi enzim menurut Azmi (2006) adalah:

1. Oksidoreduktase

Mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi, dan biasanya menggunakan koenzim

NAD+ dan NADP+. Yang termasuk enzim ini dengan nama trivial: Dehidrogenase,

Oksidase, dan Hidroksilase.

2. Transferase

Mengakatalisis pemindahan gugus tertentu, seperti gugus 1-karbon, gugus

aldehid, dan keton, gugus alkil, gugus glikosil, gugus fosfat dan gugus yang

mengandung S. Yang termasuk enzim ini dengan nama trivial adalah: Amino,

Transferase, Asil Karnitin Transferase, Transkarboksilase

3. Hidrolase

Meningkatkan pemecahan ikatan antara karbon dan atom lainnya dengan

penambahan air. Yan gtermasuk enzim ini dengan nama trivial: Esterase, Amidase,

Peptidase.

4. Liase

Mengkatalisis pemecahan karbon-karbon, karbon-sulfur, dan karbon-nitrogen.

Yang termasuk enzim ini dengan nama trivial: Dekarboksilase, Aldolase, dan Sintase

5. Isomerase

Mengkatalisis rasemisasi optik atau isomer geometri dan reaksi oksidasi-reduksi

intra molekular tertentu. Yang termasuk enzim ini dengan nama trivial: Epimerase,

Mutase, dan Isomerase.

6. Ligase

Mengkatalisis pembentukan ikatan antara karbon dengan karbon, karbon dengan

sulfur, karbon dengan nitrogen, dan karbon dengan oksigen. Untuk pembentukan ikatan

tersebut diperlukan energi yang berasal dari ATP. Yang termasuk enzim ini dengan

nama trivial: Sintetase dan Karboksilase.

C. Sifat-Sifat Enzim

Sifat-sifat enzim menurut Deswita (2006) adalah:

1. Enzim adalah Protein

Sebagai protein enzim memiliki sifat seperti protein, yaitu sangat dipengaruhi

oleh kondisi lingkungan, seperti suhu, pH, konsentrasi substrat). Jika lingkungannya tidak

sesuai, maka enzim akan rusak atau tidak dapat bekerja dengan baik.

2. Bekerja secara khusus/spesifik

Setiap enzim memiliki sisi aktif yang sesuai hanya dengan satu jenis substrat,

artinya setiap enzim hanya dapat bekerja pada satu substrat yang cocok dengan sisi

aktifnya.

3. Berfungsi sebagai katalis

Meningkatkan kecepatan reaksi kimia tanpa merubah produk yang diharapkan

tanpa ikut bereaksi dengan substratnya, dengan demikian energi yang dibutuhkan untuk

menguraikan suatu substrat menjadi lebih sedikit.

4. Diperlukan dalam jumlah sedikit

Reaksi enzimatis dalam metabolisme hanya membutuhkan sedikit sekali enzim

untuk setiap kali reaksi.

5. Bekerja bolak-balik

Enzim tidak mempengaruhi arah reaksi, sehingga dapat bekerja dua arah (bolak-

balik). Artinya enzim dapat menguraikan substrat menjadi senyawa sederhana, dan

sebaliknya enzim juga dapat menyusun senyawa-senyawa menjadi senyawa tertentu.

6. Enzim bersifat khusus terhadap suatu substrat tertentu yang dapat diikat dan jenis

reaksinya.

7. Kerja enzim dipengaruhi oleh lingkungan, seperti oleh suhu, pH, konsentrasi, dll.

D. Komponen Enzim Substrat

Enzim merupakan senyawa organik berupa protein yang berfungsi sebagai katalis dalam

metabolisme tubuh, sehingga disebut juga biokatalisator.

Komponen penyusun enzim terdiri dari :

1. Apoenzim, yaitu bagian enzim aktif yang tersusun atas protein yang bersifat labil (mudah

berubah) terhadap faktor lingkungan, dan

2. Kofaktor,yaitu komponen non protein yang berupa :

a. Ion-ion anorganik (aktivator)

Berupa logam yang berikatan lemah dengan enzim, Fe, Ca, Mn, Zn, K, Co. Ion

klorida, ion kalsium merupakan contoh ion anorganik yang membantu enzim amilase

mencerna karbohidrat (amilum)

b. Gugus prostetik

Berupa senyawa organik yang berikatan kuat dengan enzim, FAD (Flavin Adenin

Dinucleotide), biotin, dan heme merupakan gugus prostetik yang mengandung zat besi

berperan memberi kekuatan ekstra pada enzim terutama katalase,

peroksidae,  sitokrom oksidase.

c. Koenzim

Berupa molekul organik non protein kompleks, seperti NAD (Nicotineamide

Adenine Dinucleotide), koenzim-A, ATP, dan vitamin yang berperan dalam

memindahkan gugus kimia, atom, atau elektron dari satu enzim ke enzim lain.

E. Cara kerja Enzim

Cara enzim bekerja adalah dengan membentuk senyawa enzim-substrat, kemudian

menghasilkan suatu produk tanpa merubah senyawa enzim itu sendiri, setelah produk terbentuk

maka enzim akan melepaskan diri untuk membentuk senyawa baru dengan substrat yang lain.

Ada 2 (dua) cara kerja enzim :

1. Lock and key (gembok dan anak kunci)

Setiap enzim memiliki sisi aktif yang tersusun dari sejumlah asam amino. Bentuk sisi aktif

ini sangat spesifik, sehingga hanya molekul dengan bentuk tertentu yang dapat menjadi

substrat bagi enzim.

2. Induced fit (induksi pas)

Sisi aktif enzim merupakan bentuk yang tidak kaku (fleksibel). Ketika substrat memasuki

sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif berubah bentuk sesuai dengan bentuk substrat kemudian

terbentuk kompleks enzim-substrat. Pada saat produk sudah terlepas dari kompleks, maka

enzim lepas dan kembali bereaksi dengan substrat lain.

Beberapa enzim dapat bekerja sendiri ,yang lain bekerja sama yang disebut dengan

kofaktor, yang tersusun atas ion logam dan molekul anorganik. Sebagian enzim yang dikenal

mengandung atau memerlukan logam yang berikatan secara kovalen atau nonkovalen untuk

aktivitasnya.

2.2. METALOENZIM

A. Pengertian dan Fungsi Metaloenzim

Logam mempunyai peran penting dalam sekitar sepertiga dari enzim yang dikenal.

Logam dapat berupa co-faktor atau bisa digabungkan ke dalam molekul, dan ini dikenal sebagai

metalloenzymes. Metalloenzymes adalah protein yang berfungsi sebagai enzim dan mengandung

logam yang terikat erat dan selalu terisolasi dengan protein. Asam amino dalam peptida linkage

memiliki gugus yang dapat membentuk ikatan kovalen koordinat-dengan atom logam. Kelompok

Karboksi dan Amino bebas mengikat logam mempengaruhi struktur enzim yang mengakibatkan

konformasi aktif.

Fungsi utama Logam adalah bertugas dalam transfer elektron. Banyak enzim dapat

berfungsi sebagai elektrofil dan beberapa dapat berfungsi sebagai kelompok nukleofilik.

Fleksibilitas ini menjelaskan sering terjadinya logam dalam enzim. Beberapa metalloenzymes

meliputi hemoglobin, sitokrom, phosphotransferases, alkohol dehidrogenase, arginase,

ferredoxin, dan sitokrom oksidase.

B. Struktur Metaloenzime

Dalam protein seperti hemoglobin dan sitokrom, logam yang terkandung adalah Fe2+ atau

Fe3+, dan itu adalah bagian dari kelompok heme prostetik. Dalam metalloenzymes lain, logam

dibangun ke dalam struktur molekul enzim. Ion logam tidak dapat disingkirkan tanpa

menghancurkan struktur enzim.

Logam biasanya ditemukan di situs aktif enzim. Logam menyerupai proton (H +) dimana

mereka merupakan elektrofil yang dapat menerima pasangan elektron untuk membentuk ikatan

kimia. Dalam aspek ini, logam dapat bertindak sebagai asam umum untuk bereaksi dengan

anionik dan ligan netral .

Logam ukuran yang lebih besar dibandingkan dengan proton dikompensasikan dengan

kemampuan mereka untuk bereaksi dengan lebih dari satu ligan. Logam biasanya bereaksi

dengan dua, empat, atau enam ligan. Ligan adalah molekul apapun yang berinteraksi dengan

logam.. Jika logam terikat dengan dua ligan akan membentuk kompleks linear. Jika logam

bereaksi dengan empat ligan logam akan ditetapkan di tengah persegi yang planer atau akan

membentuk struktur tetrahedral, dan ketika enam ligan bereaksi, logam berada tengah sebuah

segi delapan.

Asam amino dalam ikatan peptida dalam protein memiliki kelompok dengan kemampuan

untuk mengikat logam yang mengakibatkan adanya ikatan kovalen koordinat-. Gugus amino dan

karboksil bebas dalam protein dapat mengikat logam yang dapat mengikat protein tertentu,

konformasi aktif. Fakta bahwa logam mengikat beberapa ligan penting bahwa logam tersebut

berperan dalam membawa bagian-bagian terpencil dari urutan asam amino bersama-sama dan

membantu membangun konformasi aktif enzim.

C. Fungsi Umum Metalloenzyme

b. Hemoglobin

Sebuah molekul dengan empat subunit, mengandung atom besi di setiap subunit, di

mana masing-masing subunit mengikat satu molekul oksigen. Hemoglobin

mengangkut oksigen dari paru-paru ke kapiler dari jaringan.

c. Sitokrom

Sitokrom adalah protein membran integral. Sitokrom mengandung zat besi yang

berfungsi untuk membawa elektron antara dua segmen dari rantai transpor elektron.

Besi merupakan logam reversible yang dapat teroksidasi dan berfungsi sebagai

akseptor elektron sebenarnya untuk sitokrom.

d. Phosphotransferase

Ion Mg2+ juga berperan dalam transfer elektron.

e. Dehidrogenase alkohol

Sebuah metalloenzyme seng dengan spesifisitas luas. Mereka mengoksidasi berbagai

alkohol alifatik dan aromatik ke aldehida dan keton yang sesuai menggunakan NAD +

sebagai koenzim.

f. Arginase

Logam atom Mn2 + digunakan dalam transfer elektron.

g. Ferredoxin

Sebuah elektron mentransfer protein yang terlibat dalam proses transfer satu elektron.

h. Oksidase sitokrom

Ion-ion tembaga dengan mudah mengakomodasi elektron dihapus dari substrat dan

dapat dengan mudah mentransfernya ke molekul oksigen

Tabel beberapa metalloenzim

Mg2+ Phosphohidrolase

Phosphotransferase

Mn2+ Arginase

Phosphotransferase

Fe 2+ dan Fe 3+ Cytochromes

Peroxidase

Katalase

Ferredoksin

Cu2+ atau Cu+ Tirosinase

Amina oksidase

Ascorbate oxidase

Galaktose oksidase

Dopamine-β-

hidrosilase

Zn2+ Alkohol

dehidrogenase

Alkalin phospotase

Carbonic anhidrase

Carboxipeptidase

Fe dan Mo Nitrogenase

D. Regulasi Metaloenzim

Sekitar sepertiga dari enzim yang dikenal memiliki logam sebagai bagian dari struktur

mereka, diperlukannya logam ditambahkan untuk aktivitas atau lebih diaktivasi oleh logam. Di

dalam enzim yang logamnya telah digabungkan ke dalam struktur molekul enzim, logam tidak

dapat dihapus tanpa merusak struktur itu. Enzim tersebut termasuk metalloflavoproteins,

sitokrom, dan ferredoxins. Dalam enzim dimana logam ini harus ditambahkan untuk aktivitas

logam bereaksi reversibel dengan protein untuk membentuk kompleks logam-protein yang

merupakan katalis aktif. Dalam banyak kasus, kompleks merupakan spesifik, konformasi aktif

secara katalitik protein, peran logam tampaknya menjadi salah satu yang menstabilkan

konformasi protein tersebut.

Karena merupakan gabungan, metalloenzymes yang begitu besar dan luas itu akan

hampir mustahil untuk menjelaskan bagaimana mereka dapat dikendalikan dan diatur. Dalam hal

ini, penting untuk menjelaskan bagaimana fungsi penting dari logam dalam enzim dapat

terganggu dan terhambat. Logam menyerupai proton (H +) yang merupakan elektrofil yang

mampu menerima pasangan elektron untuk membentuk ikatan kimia. Dengan demikian, logam

dapat bertindak sebagai asam umum untuk bereaksi dengan ligan anionik dan netral.

Karakteristik logam ini sangat membantu dalam struktur dan fungsi enzim tetapi membuat enzim

tergantung terhadap pengaturan pH. Perubahan pH dapat mengganggu aliran elektron dimana

logam biasanya akan membantu memfasilitasinya, sehingga dengan demikian menghambat

keefektifan metalloenzyme tersebut.

Karena variabilitas yang terdapat pada logam memnghasilkan kemampuan untuk bereaksi

dengan lebih dari satu ligan, menyebabkan logam berperan sebagai bagian dari situs aktif di

banyak metalloenzymes. Inhibitor kompetitif dalam bentuk analog keadaan transisi adalah

senyawa yang diyakini terlihat seperti substrat dalam keadaan transisi. Supaya efektif, analog

keadaan transisi tidak boleh rentan terhadap reaksi yang dilakukan oleh enzim.

2.3. NITROGENASE

A.  Pengertian Enzim Nitrogenase (Fe-S)

Nitrogenase adalah enzim yang dapat mereduksi gas nitrogen di udaramenjadi amonia.

Gas nitrogen yang berada di alam sebanyak 78% dari komposisi udara tidak dapat digunakan

oleh tanaman, oleh karena itu perlu diubah terlebih dahulu menjadi bentuk lain, salah satunya

molekul amonia. Enzim nitrogenase terbagi menjadi dua yaitu dinitrogen reduktase yang

memiliki molekul protein Fe dan dinitrogenase yang memiliki molekul protein Mo-Fe.

Nitrogenase akan menjadi inaktif apabila terdapat oksigen yang bereaksi dengan komponen Fe

dari protein.

Enzim nitrogenase dimiliki oleh bakteri penambat nitrogen. Enzim ini bersifat konservatif

karena memiliki struktur gen yang sama, hanya saja ekspresinya yang berbeda. Aktivitas enzim

nitrogenase dapat diukur dengan metode Asai Reduksi Asetilen (ARA). Nitrogenase merupakan

enzim yang digunakan oleh beberapa organisme untuk mengarahkan keberadaan nitrogen di

atmosfir. Nitrogenase membantu memelihara keseimbangan senyawa di udara, mencegah

kelebihan nitrogen di udara. Nitrogenase penting di dalam proses pemecahan ikatan rangkap tiga

pada senyawa nitrogen. Nitrogen berperan sebagai katalis untuk mengikat 3 atom hidrogen ke

nitrogen sehingga menghasilkan senyawa amonia. Nitrogenase merupakan kompleks enzimatik

yang dapat memfiksasi nitrogen di udara. Komplkes nitrogenase berada bebas di dalam

organisme yang memfiksasi nitrogen dan juga berada di dalam bakteri yang memfiksasi nitrogen

yang bersimbiosis. Berikut persamaan reaksi pembentukan amonia dari nitrogen :

Amonia dibentuk pada proses ini diinkorporasikan ke dalam asam amino glutamat dan

glutamin serta asam nukleat. Kompleks nitrogenase mengandung 2 tipe protein. Protein pertama

memiliki berat molekul (BM) 220 kDa. Protein ini dibentuk dari 4 subunit yang mengandung 28

ion Molibdenum sebagai kofaktor. Protein kedua memiliki BM 70 kDa, dibentuk dari 2 subunit

yang mengandung 8 atom besi sebagai kofaktor. Kofaktor logam baik Fe maupun Mo

meletakkan nitrogen di dalam posisi yang mana mudah untuk dikonversi menjadi amonia. Kedua

protein tersebut bersama-sama memfiksasi nitrogen di udara. Kompleks nitrogen ini sangat

sensitif terhadap oksigen. Oksigen dapat menginaktivasi aktivitas nitrogenase. Oleh karena itu,

pada tumbuhan, untuk mencegah pertemuan molekul oksigen dengan nitrogenase, tumbuhan

memproduksi hemoglobin khusus pada tumbuhan yang dinamakan laghemoglobin. Protein ini

memiliki afinitas tinggi terhadap oksigen dan mengikat oksigen. Protein ini diinisiasikan di

sekitar akar untuk mencegahdari jangkauan nitrogenase.

B. Metabolisme Nitrogen

Nitrogen berada dialam dalam berbagai bentuk dan keadaan dinamis mengikuti

perubahan fisik dan kimia dalam suatu daur nitrogen. Sejumlah besar nitrogen dalam atmosfer,

namun sukar bagi tumbuhan untuk memperoleh atom N dari N2 dalam bentuk yang dapat

digunakan. Meskipun N2 masuk kedalam sel-sel daun bersama CO2 melalaui stomata, enzim-

enzim yang tersedia hanya mereduksi CO2, sehingga N keluar dari sel-sel daun secepat mungkin.

Sebagian besar N2 yang masuk tubuh tumbuhan telah mengalami fiksasi (reduksi) oleh mikroba

prokariotik atau dalam bentuk NH4 dan NO3dalam air hujan atau aktifitas gunung berapi dan

pembakaran fosil.

Perubahan nitrogen organik menjadi NH4 oleh mikroba tanah disebut amonifikasi,

NH4 dioksidasi lebih lanjut oleh bakteri menjadi NO3- yang disebut nitrifikasi. Sedangkan proses

terbentuknya N2, NO, N2O, dan NO2 dari NO3oleh bakteri anaerob adalah denitrifikasi.

C. Siklus Nitrogen

Nitrogen ditemukan pada semua asam amino, yang merupakan penyusun protein

organisme-organisme. Nitrogen tersedia bagi tumbuhan hanya dalam bentuk dua mineral, yaitu

NH4 (amonium) dan NO3- (nitrat). Meskipun atmosfer bumi hampir 80% terdiri dario nitrogen,

unsur ini sebagian besar terdapat dalam bentuk gas nitrogen (N2) yang tidak tersedia bagi

tumbuhan.

Nitrogen memasuki ekosistem melalui dua jalur alamiah, yang keutamaan relatifnya sangat

bervariasi dari ekosistem ke ekosistem yang lain. Yang pertama, deposit pada atmosfer,

merupakan 5-10 % dari nitrogen yang dapat digunkan yang memasuki sebagian besar ekosistem.

Dalam proses ini, NH4+ dan NO3

-, kedua bentuk yang tersedia bagi tumbuhan, ditambahkan

ketanah melalui kelarutannya dalam air hujan atau melalui pengendapan debu-debu halus atau

butiran lainnya.

Gambar 1: siklus nitrogen dialam         

D. Reaksi-reaksi Pembentukan Enzim Nitrogenase (Fe-S)

a.       Reaksi Oksidasi

Gambar : Reaksi Oksidasi Nitrogen

Reaksi reduksi gas nitrogen menjadi amonia terjadi apabila molekul gas nitrogen

terikat pada komplek enzim nitrogenase.  Tiap reaksi memerlukan elektron yang

disumbangkan oleh feredoksin. Dinitrogen reduktase mula-mula direduksi

oleh elektron yang diberikan oleh feredoksin yang dihasilkan melalui fotosintesis,

respirasi, atau fermentasi. Dinitrogen reduktase yang tereduksi akan

mengikat ATP (adenosin trifosfat) dan mereduksi dinitrogenase yang memberikan elektron

kepada gas nitrogen sehingga menghasilkan NH=NH. Pada daur berikutnya NH=NH

direduksi menjadi amino nitrogen dan selanjutnya direduksi lagi menjadi dua molekul

NH3. Dua molekul amonia dihasilkan dari satu molekul gas nitrogen menggunakan 16

molekul ATP serta pasokan elektron dan proton yang berupa ion hydrogen.

b.      Fiksasi Nitrogen

Reaksi yang mengubah nitrogen di udara menjadi amonia adalah dasar kehidupan.

Fiksasi nitrogen, reaksi yang mengikat nitrogen di atmosfer menjadi amonia, dilakukan

oleh Rhizobium di akar tumbuhan polong-polongan atau oleh bakteri di alga dalam

atmosfer anaerobik. Semua hewan, tanaman, termasuk manusia, bergantung pada fiksasi

nitrogen biologis untuk mendapatkan nitrogen bagi penyusunan protein  dan senyawa lain

yang mengandung nitrogen sebelum ada proses Harber-Bosch.

N2 + 8 H+ + 8 e + 16 MgATP  → 2 NH3 + H2 +16 MgADP + 16Pi

(Pi adalah fosfat anorganik).

Suatu enzim yang dinamakan nitrogenase mengkatalisis reaksi ini.  Nitrogenase

mengandung protein besi-belerang dan besi-molibdenum, dan mereduksi nitrogen dengan

koordinasi dan transfer elektron dan proton secara kooperatif, dengan menggunakan

MgATP sebagai sumberenergi.  Karena pentingnya reaksi ini, usaha-usaha untuk

mengklarifikasi struktur nitrogenase dan mengembangkan katalis artifisial  untuk fiksasi

nitrogen telah dilakukan secara kontinyu selama beberapa tahun.  Baru-baru ini, struktur

pusat  aktif nitrogenase yang disebut dengan kofaktor besi-molibdenum telah ditentukan

dengan analisis kristal tunggal dengan sinar-X.

Menurut hasil analisis ini, strukturnya memiliki kluster Fe3MoS4 dan Fe4S4 yang

dihubungkan  melalui S.

Dipercaya bahwa dinitrogen diaktivasi dengan koordinasi antara dua kluster. Di

pihak lain, bagian yang disebut dengan kluster p  yang terdiri dari dua kluster

Fe4S4 clusters.  Peran dan mekanisme reaksi kedua kluster ini belum jelas.

c.       Asimilasi Nitrat

Jumlah relatif NO3- dan nitrogen organik dalam xylem bergantung pada kondisi

lingkungan. Jenis tumbuhan yang akarnya mampu mengasimilasi N, dalam cairan Xylem

dijumpai banyak asam amino, amide an urine, tidak dijumpai NH4+. Sedangkan jika di

dalm cairan xylem mengandung NO3- berarti akar tumbuhan itu tidak mampu

mengasimilasi NO3-. Kalau dlam lingkungan perakaran NO3- terdapat dalam jumlah besr,

cairan xylem akan mengandung NO3- juga. Proses keseluruhan reduksi NO3

- menjadi

NH4 yaitu:

a) Reduksi Nitrat

-------> NO3- + NADH NO2

+ + NAD + H2O

Reaksi ini berlangsung di sitosol, enzim yang mengkatalis adalah nitrat reduktase,

enzim yang memindahkan dua elektron dari NADPH2, hasilnya adalah nitrite,

NAD (NADP) dan H2O. Nitrat reduktase adalh suatu enzim besar dan kompleks

yang terdiri dari FAD, satu sitokrom dan Molibdenum (Mo) yang semuanya akan

tereduksi dan teroksidasi pada waktu elektron diangkut dari NADH2 ke atom

nitrogen dalm NO3

b) Reduksi Nitrit

------> NO2 + 3 H2O + 6 Fd +2 H+ + cahaya NH4+ + 1,5O2 +3 H2O + 6 Fd

Reaksi ini berlangsung di kloroplas (pada daun) atau pada proplastida (pada akar),

dengan enzim Nitrit reduktase. Meskipun Fd tereduksi merupakan donor elektron

yang khas bagi nitrit reduktase di daun.

d.      Pengubahan NH4+ mejadi senyawa organik

NH4+ (ammonium) yang diserap langsung dari tanah atu yang dihasilkan oleh

fiksasi N2 tidak pernah dijumpai tertimbun dalam tubuh tumbuhan. Ammonium ini

bersifat racun, mungkin menghambat pembentukan ATP dalam kloroplas maupun dalam

mitokndria. Ammonium ini segera ditangkap oleh asam glutamat untuk menjadi

glutamine dengan enzim glutamine sintetase, glutamin direaksikan dengan asam α keto

glutarat menjadi 2 molekul asam glutamate. Untuk reaksi ini juga diperlukan elektron

yang bersal dari Fd (dalam kloroplas) dan NADH atau NADPH2 dalam proplastida dari

sel-sel non-fotosintetik. Salah satu dari kedua glutamate yang terbentuk diperlukan untuk

mempertahankan reaksi 1, sedang glutamat yang kedua dapat berubah langsung menjadi

protein atau asam amino lain yang diperlukan untuk sintesis protein, klorofil, asam

nukleat dan lain-lain. Selain membentuk glutamate, glutamine dapat memberikan gugus

amide-nya kepada asam aspartat untuk menjadi asparagin yang dikatalis oleh enzim

asparagin sintetase. Glutamin dan asparagin menjadi senyawa nitrogen organik pertama

yang terbentuk, selanjutnya gugus NH2 dapat diberikan kepada α keto karboksilat,

membentuk asam amino. Proses ini dinamakan transaminasi. Dengan transaminasi

berbagai asam amino dapat dibuat, tergantung pada α keto karboksilatnya

BAB III

PENUTUP

KESIMPULAN

1. Metalloenzymes adalah protein yang berfungsi sebagai enzim dan mengandung logam

yang terikat erat dan selalu terisolasi dengan protein

2. Beberapa metalloenzymes meliputi hemoglobin, sitokrom, phosphotransferases, alkohol

dehidrogenase, arginase, nitrogenase, ferredoxin, dan sitokrom oksidase.

3. Nitrogenase adalah enzim yang dapat mereduksi gas nitrogen di udara menjadi amonia

Enzim nitrogenase dimiliki oleh bakteri penambat nitrogen. Enzim ini bersifat konservatif

karena memiliki struktur gen yang sama, hanya saja ekspresinya yang berbeda.

4. Pada metabolisme tumbuhan akan mengalami friksasi nitrogen dimana suatu tahapan yang

sangat penting dalam siklus nitrogen, sehingga menghasilkan nitrogen yang dapat

digunakan sebagai nutrisi tumbuhan.

DAFTAR PUSTAKA

Chem-Is-Try.Org _ Situs Kimia Indonesia _.htm

Darmono. 1995. Logam dalam Sistem Biologi Makhluk Hidup. Jakarta : Universitas Indonesia (UI-Press)

Oelze J. 2000. Respiratory protection of nitrogenase in Azotobacter species: Is a widely-held hypothesis unequivocally supported by experimental evidence? FEMS Microbiol Rev. 24(4):321–33.

Seefeldt LC, Dance IG, Dean DR. 2004. Substrate interactions with nitrogenase: Fe versus Mo. Biochemistry. 43(6):1401-9.

Sugiyanto H.K dan Retno D.S. 2010. Kimia Anorganik Logam. Yogyakarta : Graha Ilmu.