siklus nitrogen
TRANSCRIPT
Siklus Nitrogen
Nitrogen merupakan unsur senyawa kimia yang paling banyak terdapat di atmosfer.
Jumlahnya sekitar80%. Nitogen bebas di udara dapat bereaksi dengan hirogen atau oksigen
dengan bantuan dari petir yang di sebut proses elektrisasi.
Senyawa nitrogen memiliki pengaruh yang besar terhadap kualitas air, secara biologi
tersedia sebagai nutrient untuk tanaman atau sebagai racun terhadap manusia dan kehidupan
air. Nitrogen di atmosfer adalah sumber utama semua jenis nitrogen, tetapi tidak secara
langsung tersedia untuk tanaman sebagai nutrient karena ikatan tiga N2 terlalu kuat untuk
dipecahkan oleh fotosintesa. Konversi nitrogen di atmosfer menjadi bentuk kimia lain disebut
fiksasi dan dibantu oleh bakteri tertentu yang ada di air, tanah dan akar alfalfa, semanggi,
kacang polong, buncis, dan kacang lainnya. Petir di atmosfer juga sebagai sumber fiksasi
nitogen karena suhu tinggi yang dihasilkan dari sambaran petir cukup untuk memecah ikatan
N2 dan O2, sehingga memungkinkan terbentuknya nitrogen oksida. Nitrogen oksida yang
dibuat dalam petir larut dalam air hujan dan diserap oleh akar tanaman, sehingga
memasuki subcycles nutrisi nitrogen (lihat Gambar Siklus Nitrogen). Tingkat di mana
nitrogen di atmosfer dapat memasuki siklus nitrogen oleh proses alam terlalu sedikit untuk
mendukung produksi pertanian yang intensif akhir-akhir ini. Kekurangan nitrogen tetap harus
ditambah dengan pupuk yang mengandung nitrogen hasil proses industri, yang berasal dari
bahan bakar minyak bumi. Pertanian modern skala besar telah berhasil membuat sebuah
metode untuk mengkonversi minyak ke dalam makanan.
Gas nitrogen ikatannya stabil dan sulit bereaksi, sehingga tidak bisa dimanfaatkan
secara langsung oleh makhluk hidup. Nitrogen dalam tubuh makhluk hidup merupakan
komponen penyusun asam amino yang akan membentuk protein. Nitrogen bebas juga dapat
bereaksi dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat atau petir membentuk nitrat
(NO). Tumbuhan menyerap nitrogen dalam bentuk nitrit ataupun nitrat dari dalam tanah
untuk menyusun protein dalam tubuhnya. Ketika tumbuhan dimakan oleh herbivora, nitrogen
yang ada akan berpindah ke tubuh hewan tersebut bersama makanan. Ketika tumbuhan dan
hewan mati ataupun sisa hasil ekskresi hewan (urine) akan diuraikan oleh dekomposer
menjadi amonium dan amonia. Oleh bakteri nitrit (contohnya Nitrosomonas), amonia akan
diubah menjadi nitrit, proses ini disebut sebagai nitritasi. Kemudian, nitrit dengan bantuan
bakteri nitrat (contohnya Nitrobacter) akan diubah menjadi nitrat, proses ini disebut sebagai
proses nitratasi. Peristiwa proses perubahan amonia menjadi nitrit dan nitrat dengan bantuan
bakteri disebut sebagai proses nitrifikasi. Adapula bakteri yang mampu mengubah nitrit atau
nitrat menjadi nitrogen bebas di udara, proses ini disebut sebagai denitrifikasi. Di negara-
negara maju, nitrogen bebas dikumpulkan untuk keperluan industri. Selain karena proses
secara alami melalui proses nitrifikasi, penambahan unsur nitrogen di alam dapat juga
melalui proses buatan melalui pemupukan. Reaksi kimia pada proses nitrifikasi adalah
sebagai berikut.
Di alam, Nitrogen terdapat dalam bentuk senyawa organik seperti urea, protein, dan
asam nukleat atau sebagai senyawa anorganik seperti ammonia, nitrit, dan nitrat.
Tahap pertama
Daur 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.
Tahap kedua
Nitrat yang di hasilkan oleh fiksasi biologis digunakan oleh produsen
(tumbuhan) diubah menjadi molekul protein. Selanjutnya jika tumbuhan atau hewan mati,
mahluk pengurai merombaknya menjadi gas amoniak (NH3) dan garam ammonium yang
larut dalam air (NH4+). Proses ini disebut dengan amonifikasi. Bakteri Nitrosomonas
mengubah amoniak dan senyawa ammonium menjadi nitrat oleh Nitrobacter. Apabila
oksigen dalam tanah terbatas, nitrat dengan cepat ditransformasikan menjadi gas nitrogen
atau oksida nitrogen oleh proses yang disebut denitrifikasi.
Nitrogen yang diperlukan adalah dalam bentuk senyawa bukan dalam bentuk unsur.
Senyawa nitrogen diperoleh ketika petir keluar dan menyebabkan nitrogen bersenyawa
menjadi nitrat. Selain melalui petir juga dapat melalui bakteri Rhizobium yang bersimbiosis
pada tumbuhana kacangh-kacangan membentuk bintil akar. Tumbuhan menyerap nitrat dari
tanah untuk dijadikan protein lalu tumbuhan dimakan olejh konsumer senyawa nitrogen
pindah ke tubuh hewan. Urin, bangkai hewan, dan tumbuhan mati akan diuraikan oeh
pengurai jadi amonium dan amonia. Bakteri Nitrosomonas mengubah amonia tersebut
menjadi nitrit, kemudian bakteri Nitrobacter merubahnya menjadi nitrat (NO3). Kemudian
nitrat ini diserap oleh tumbuhan. (Proses perubahan nitrit menjadi nitrat
disebut Nitrifikasi Perubahan nitrit atau nitrat menjadi nitrogen bebas disebut denitrifikasi
Bakteri pemecah akan memecah protein dalam tubuh organisme mati atau hasil sisa
mereka menjadi amonium, kemudian nitrit atau nitrat dan akhirnya menjadi gas nitrogen
yang mana kana dilepaskan ke atmosfer dari mulai nitrogen diikat dan berputar lagi. Semua
hewan hanya memperoleh nitrogen organik dari tumbuhan atau hewan lain yang
dimakannya. Ketika makhluk hidup mati, materi organik yang dikandungnya akan diuraikan
kembali oleh dekomposer sehingga nitrogen dapat dilepaskan sebagai amonia. Dekomposisi
nitrogen organik menjadi amonia lagi disebut amonifikasi. Proses tersebut dapat dilakukan
oleh beberapa bakteri dan makhluk hidup eukariotik.
Berikut adalah beberapa bakteri yang terlibat dalam daur nitrogen:
Nitrosomonas mengubah amonium/amonia menjadi nitrit.
Nitrobactar mengubah nitrit menjadi nitrat
Rhizobium menambat nitrogen di udara.
Bakteri hidup bebas pengikat nitrogen seperti Azotobacter (aerobik) dan Clostridium
(anaerobik0.
Alga biru hijau pengikat nitrogen seperti Anabaena, Nostoc, dan anggota-anggota lain
dari ordo Nostocales.
Bakteri ungu pengikat nitrogen seperti Rhodospirillum.
Siklus nitrogen adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung
unsure nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat
terjadi secara biologis maupun non-biologis. Beberapa proses penting pada siklus nitrogen,
antara lain fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi, denitrifikasi.
Walaupun terdapat sangat banyak molekul nitrogen di dalam atmosfer, nitrogen dalam
bentuk gas tidaklah reaktif. Hanya beberapa organisme yang mampu untuk mengkonversinya
menjadi senyawa organik dengan proses yang disebut fiksasi nitrogen.
Fiksasi nitrogen yang lain terjadi karena proses geofisika, seperti terjadinya kilat.
Kilat memiliki peran yang sangat penting dalam kehidupan, tanpanya tidak akan ada bentuk
kehidupan di bumi. Walaupun demikian, sedikit sekali makhluk hidup yang dapat menyerap
senyawa nitrogen yang terbentuk dari alam tersebut. Hampir seluruh makhluk hidup
mendapatkan senyawa nitrogen dari makhluk hidup yang lain. Oleh sebab itu, reaksi fiksasi
nitrogen sering disebut proses topping-up atau fungsi penambahan pada tersedianya cadangan
senyawa nitrogen.
Vertebrata secara tidak langsung telah mengonsumsi nitrogen melalui asupan nutrisi
dalam bentuk protein maupun asam nukleat. Di dalam tubuh, makromolekul ini dicerna
menjadi bentuk yang lebih kecil yaitu asam amino dan komponen dari nukleotida, dan
dipergunakan untuk sintesis protein dan asam nukleat yang baru, atau senyawa lainnya.
Sekitar setengah dari 20 jenis asam amino yang ditemukan pada protein merupakan
asam amino esensial bagi vertebrata, artinya asam amino tersebut tidak dapat dihasilkan dari
asupan nutrisi senyawa lain, sedang sisanya dapat disintesis dengan menggunakan beberapa
bahan dasar nutrisi, termasuk senyawa intermediat dari siklus asam sitrat.
Asam amino esensial disintesis oleh organisme invertebrata, biasanya organisme yang
mempunyai lintasan metabolisme yang panjang dan membutuhkan energi aktivasi lebih
tinggi, yang telah punah dalam perjalanan evolusi makhluk vertebrata.
Nukleotida yang diperlukan dalam sintesis RNA maupun DNA dapat dihasilkan
melalui lintasan metabolisme, sehingga istilah "nukleotida esensial" kurang tepat. Kandungan
nitrogen pada purina dan pirimidina yang didapat dari asam amino glutamina, asam aspartat
dan glisina, layaknya kandungan karbon dalam ribosa dan deoksiribosa yang didapat dari
glukosa.
Kelebihan asam amino yang tidak digunakan dalam proses metabolisme akan dioksidasi guna
memperoleh energi. Biasanya kandungan atom karbon dan hidrogen lambat laun akan
membentuk CO2 atau H2O, dan kandungan atom nitrogen akan mengalami berbagai proses
hingga menjadi urea untuk kemudian diekskresi. Setiap asam amino memiliki lintasan
metabolismenya masing-masing, lengkap dengan perangkat enzimatiknya