Fiksasi nitrogen adalah: Pengertian dan proses

Fiksasi nitrogen adalah proses yang sangat energik dilakukan dengan kompleks enzim bakteri, yang dikenal sebagai nitrogenase, dan energi yang dipasok oleh tumbuhan.

Menurut NASA, komposisi total udara di atmosfer bumi terdiri dari 78% gas nitrogen, 21 oksigen, 0,93% argon, 0,04% karbon dioksida, dan sejumlah kecil gas lainnya. Banyak komponen seluler juga terbuat dari nitrogen. Terlepas dari semua itu, konsentrasi bentuk nitrogen yang dapat digunakan sangat kurang. Gas nitrogen sangat penting tetapi merupakan elemen pembatas. Semua organisme termasuk manusia, tumbuhan, dan protozoa tertentu, membutuhkan nitrogen untuk aktivitas seluler harian mereka.

Ada permintaan besar untuk gas nitrogen. Sekarang pertanyaannya adalah, Bagaimana lingkungan memenuhi semua tuntutan ini? Mari kita pelajari lebih lanjut tentang fiksasi nitrogen.

Pengertian

Fiksasi nitrogen adalah proses biologis esensial dan tahap awal siklus nitrogen. Dalam proses ini, nitrogen di atmosfer diubah menjadi amonia (bentuk lain dari nitrogen) oleh spesies bakteri tertentu seperti Rhizobium, Azotobacter, dll. Dan oleh fenomena alam lainnya.

Fiksasi nitrogen merupakan proses dimana prokariota tertentu dapat mereduksi gas N2 atmosfer menjadi amonium melalui jalur enzim nitrogenase telah lama dianggap sebagai kunci penting dari siklus nitrogen dan produktivitas di terumbu karang.

Proses konversi nitrogen dari atmosfer, dalam bentuk molekul yang relatif inert (N2), menjadi senyawa nitrogen (seperti amonia, nitrat dan nitrogen dioksida) disebut fiksasi nitrogen. Fiksasi nitrogen biologis terjadi melalui aktivitas mikroorganisme yang hidup bebas di tanah dan melalui asosiasi simbiosis mikroorganisme dengan tumbuhan tingkat tinggi.

Tumbuhan adalah sumber utama makanan. Nutrisi yang diperoleh dari tanaman disintesis oleh tanaman menggunakan berbagai elemen yang mereka peroleh dari atmosfer maupun dari tanah. Kelompok unsur ini termasuk nitrogen juga. Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui proses sintesis protein. Tidak seperti karbon dioksida dan oksigen, nitrogen atmosfer tidak dapat diperoleh melalui stomata daun. Karena konsentrasi gas nitrogen yang ada di atmosfer tidak dapat langsung digunakan oleh tanaman dan juga konsentrasi bentuk nitrogen yang dapat digunakan di atmosfer sangat kurang. Ada bakteri tertentu dan beberapa fenomena alam yang membantu dalam fiksasi Nitrogen.

Legum (seperti semanggi, kacang-kacangan, alfalfa, lupin, dan kacang tanah) berkontribusi besar terhadap fiksasi nitrogen dalam tanah pertanian, berkat bakteri simbiotik yang disebut “rhizobium” yang ada dalam bintil-bintil dalam sistem akar Anda. Mereka menghasilkan senyawa nitrogen dan membantu tanaman untuk tumbuh dan bersaing dengan tanaman lain.

Ketika tumbuhan mati, nitrogen tetap dilepaskan dan tersedia untuk tanaman lain, yang berkontribusi untuk menyuburkan tanah. Dalam banyak praktik pertanian tradisional dan organik, rotasi berbagai jenis tanaman dilakukan di ladang dan fase biasanya termasuk di mana ladang ditanam terutama atau seluruhnya dengan semanggi atau gandum, sering disebut sebagai “pupuk hijau”. Seringkali, seluruh tanaman dihubungkan kembali ke tanah ketika digarap, yang tidak hanya berkontribusi lebih banyak nitrogen, tetapi juga meningkatkan volume dan kandungan bahan organik tanah.

Di antara makhluk hidup, satu-satunya yang mampu melakukan fiksasi N adalah organisme prokariotik. Organisme pengikat N atau diazotrof ini melakukan proses ini berkat kompleks enzim nitrogenase yang ditemukan secara eksklusif dalam organisme prokariotik dan mengkatalisasi reaksi berikut:

N2 + 16 ATP + 10 H+ + 8 e → 2 NH4+ + H2 + 16 Pi + 16 ADP

Kompleks enzim ini sangat sensitif terhadap oksigen. Namun, banyak dari organisme ini memiliki adaptasi yang memungkinkan mereka untuk memperbaiki N dalam kondisi yang sangat berbeda. Pertama-tama, perbedaan harus dibuat antara organisme yang mampu melakukan fiksasi N dalam kehidupan bebas dan mereka yang membentuk asosiasi simbiotik untuk melakukan proses ini.

Dalam organisme pengikat dalam kehidupan bebas kita dapat menemukan bakteri anaerob yang ketat, seperti Clostridium, dan fakultatif, seperti Klebsiela, tetapi juga aerob seperti Azotobacter, Beijerinckia dan Azospirilum. Juga ditemukan dalam kelompok ini adalah arkobakteria seperti Methanosarcina dan Methanococcus, bakteri fotosintetik seperti Rhodospirillum dan Chromatium) dan cyanobacteria dengan (Oscillatoria dan Gloeothece) dan tanpa heterocysts (Nostoc dan Anabaena).

Di antara organisme yang mampu melakukan fiksasi nitrogen dalam simbiosis kita harus menyoroti untuk kepentingan agronomis mereka, organisme yang membentuk simbiosis dengan tanaman polongan. Organisme ini termasuk dalam subkelompok proteobakteria yang meliputi genera Allorhizobium, Azorhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium,

Rhizobium dan Sinorhizobium (baru-baru ini termasuk dalam Ensifer) dan secara umum disebut sebagai rhizobia. Ada juga beberapa simbiosis pengikat nitrogen antara beberapa genus tanaman non-polongan dan organisme prokariotik lainnya seperti Frankin actinomycete dan Nostoc dan Anabaena cyanobacteria.

Dalam genera yang membentuk simbiosis dengan polong-polongan, gen Rhizobium membentuk nodul dengan polong-polongan dari daerah beriklim sedang, menunjukkan pertumbuhan cepat dalam kehidupan bebas dan gen yang terkait dengan fiksasi ditemukan pada plasmid. Sebaliknya, gen Bradyrhizobium membentuk simbiosis dengan polong-polongan asal tropis, memiliki pertumbuhan yang lambat dalam kehidupan bebas dan gen yang terkait dengan fiksasi adalah kromosom.

Dalam beberapa tahun terakhir, genera baru yang mampu membentuk simbiosis dan membentuk nodul dengan kacang-kacangan telah dijelaskan, beberapa termasuk dalam kelompok α-proteobakteria tetapi juga beberapa yang termasuk dalam kelompok β-proteobakteria seperti Burkholderia dan Ralstonia.

Kemampuan untuk membentuk nodul telah diamati pada 3.400 spesies kacang-kacangan yang ditemukan di 57% dari genera famili ini. Menganalisis ketiga subfamili kacang-kacangan secara terpisah, kita dapat mengatakan bahwa nodulasi dalam kasus Papillionoids terjadi pada 99% spesies dan 93% genera. Dalam subfamili Mimosoideae, nodulasi terjadi pada 97% spesies dan 88% genus. Akhirnya, pembentukan nodul dalam subfamili Cesalpinioid sangat jarang terjadi, karena hanya terjadi pada 21% spesies dan 5% genera. Memang benar bahwa persentase nodulasi ini telah diperoleh ketika aspek ini belum dianalisis di semua genera setiap subfamili dan oleh karena itu dapat bervariasi berdasarkan pengamatan baru.

Fiksasi Nitrogen Simbiotik

Spesies bakteri yang disebut Rhizobium, membantu dalam fiksasi nitrogen. Bakteri ini hidup pada akar tanaman yang disebut legum atau tanaman polongan (mis., Tanaman kacang dan kacang-kacangan) dan menggunakan jenis enzim tertentu, mereka membantu dalam memperbaiki nitrogen di tanah. Selama proses biologis ini, mereka mengubah bentuk nitrogen yang tidak dapat diserap menjadi bentuk yang dapat digunakan. Bentuk gas nitrogen ini akan larut dalam tanah, dan tanaman menyerap nitrogen yang dimodifikasi dari tanah. Ini adalah alasan di balik petani menerapkan rotasi tanaman, di mana tanaman polongan membantu untuk mengisi kembali kandungan nitrogen di tanah tanpa perlu pupuk.

Fiksasi nitrogen oleh bakteri adalah contoh hubungan simbiotik antara Rhizobium dan tanaman polongan. Sementara bakteri memperbaiki nitrogen di tanah, tanaman menyediakan makanan bagi mereka.

Fiksasi Nitrogen dengan Petir

Proses lain yang membantu dalam fiksasi nitrogen adalah kilat. Ini adalah fenomena alami di mana energi petir memecah dan mengubah bentuk nitrogen yang tidak dapat diserap menjadi bentuk yang dapat digunakan. Meskipun kontribusi petir dalam fiksasi nitrogen kecil, mereka menyelamatkan tanaman dari kekurangan unsur-unsur penting.

Metabolisme Nitrogen

Metabolisme adalah serangkaian proses kimia, yang dilakukan untuk mengubah zat menjadi energi yang dapat digunakan. Metabolisme nitrogen terutama didasarkan pada daur ulang amonia (NH3) menjadi ion amonium bentuk netral atau bermuatan (NH4 +). Bagian utama metabolisme nitrogen adalah Siklus Nitrogen.

Pertanyaan Penting tentang Fiksasi Nitrogen Dan Metabolisme Nitrogen

Apa itu Denitrifikasi?

Denitrifikasi adalah proses mengubah atau mengurangi nitrat kembali menjadi gas nitrogen inert. Proses ini dilakukan selama tidak adanya oksigen oleh spesies bakteri seperti Clostridium dan Pseudomonas.

Apa itu Fiksasi Nitrogen?

Fiksasi Nitrogen adalah proses biologis di mana gas nitrogen diubah menjadi bentuk yang dapat digunakan dan diamati untuk tanaman dan mikroba lainnya. Dalam proses ini, gas nitrogen yang ada di atmosfer diubah menjadi amonia dan senyawa nitrogen terkait lainnya.

Apa pentingnya nitrogen?

Nitrogen adalah komponen penting dari semua kehidupan. Ini adalah bahan penyusun protein, asam nukleat dan komponen seluler lainnya yang penting untuk semua bentuk kehidupan.



Leave a Reply