MAKALAH BIOKIMIA TUMBUHAN "FIKSASI NITROGEN"
MAKALAH
BIOKIMIA TUMBUHAN
FIKSASI NITROGEN
Disusun
oleh :
KELOMPOK
14
Eka
Febrianti 1710517120002
Nisa
Syafitriyani 1710517320009
Norsalehah 1710517220015
Samsudin 1710517210017
Halaman
DAFTAR ISI...............................................................................................
i
KATA PENGANTAR................................................................................
ii
BAB I PENDAHULUAN..........................................................................
1
1.1
Latar
Belakang...........................................................................
1
1.2
Rumusan Masalah...................................................................... 3
1.3
Tujuan Pembahasan.................................................................... 3
BAB II ISI...................................................................................................
5
2.1
Pengertian Fiksasi Nitrogen....................................................... 5
2.2
proses fiksasi
nitrogen....................................................... 6
2.3
sintesis fiksasi
nitrogen...................................................... 7
2.4
fungsi dalam
ekologi.......................................................... 8
2.5
jajaran organisme pengikat nitrogen.................................... 9
2.6
biokimia
nitrogenase........................................................... 9
2.7
sifat genetik fiksasi
nitrogen................................................ 10
2.8
mengatur ekspresi gen
nif................................................... 12
2.9
fiksasi nitrogen secara simbiose......................................... 13
2.10
analisis genus bakteri rhizobium....................................... 15
2.11
pengaturan ekspresi gen nod............................................ 16
BAB III PENUTUP.................................................................................... 17
DAFTAR PUSTAKA
KATA PENGANTAR
Dengan
menyebutkan nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang, tak lupa
saya panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan
rahmat, hidayah, dan inayahnya kepada saya, sehingga saya dapat menyelesaikan
makalah ilmiah tentang “FIKSASI NITROGEN”.
Makalah
ilmiah ini telah saya susun dengan maksimal dan mendapatkan bantuan dari
berbagai pihak sehingga dapat memperlancar pembuatan makalah ini. Untuk itu
saya menyampaikan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah
berkontribusi dalam pembuatan makalah ini
Terlepas
dari semua itu, saya menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan baik dari
segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan
terbuka saya menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar saya dapat
memperbaiki makalah ilmiah ini.
Akhir
kata saya berharap semoga makalah ilmiah tentang FIKSASI NITROGEN ini dapat
memberikan manfaat maupun inspirasi serta menjadi sumber bacaan yang bermanfaat
bagi yang membacanya.
Banjarbaru,
26 Februari 2019
PENULIS
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Nitrogen adalah
unsur yang paling berlimpah di atmosfer (78% gas di atmosfer adalah nitrogen).
Meskipun demikian, penggunaan nitrogen pada bidang biologis sangatlah terbatas.
Nitrogen merupakan unsur yang tidak reaktif (sulit bereaksi dengan unsur lain)
sehingga dalam penggunaan nitrogen pada makhluk hidup diperlukan berbagai
proses, yaitu diantaranya: fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi,
denitrifikasi.
Siklus
nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung
unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi
ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen secara
khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi
tingkat proses ekosistem kunci, termasuk produksi primer dan dekomposisi.
Aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk
nitrogen buatan, dan pelepasan nitrogen dalam air limbah telah secara dramatis
mengubah siklus nitrogen global.
Di alam,
Nitrogen terdapat dalam bentuk senyawa organik seperti urea, protein, dan asam
nukleat atau sebagai senyawa anorganik seperti ammonia, nitrit, dan nitrat.
Fiksasi Nitrogen
adalah proses penggabungan nitrogen atmosfer dengan unsur-unsur lain
untuk membentuk senyawa yang berguna. Hanya ada beberapa cara di mana nitrogen,
yang relatif inert (sulit bereaksi dengan unsur lain), dapat dikombinasikan
dengan unsur-unsur lain. Nitrogen sangat penting untuk makhluk hidup dan,
karena sebagian besar organisme tidak dapat menggunakan nitrogen yang tidak
dikombinasikan dengan unsur-unsur lain, fiksasi nitrogen menjadi penting untuk
kelangsungan hidup di bumi. Perbaikan atau penggabungan nitrogen juga
diperlukan untuk pembuatan berbagai zat, termasuk bahan peledak dan pupuk
komersial.
Di alam,
nitrogen diperbaiki oleh beberapa mikro-organisme dan petir. Fiksasi alami ini
memainkan peran penting dalam siklus nitrogen. Pada abad ke-20, manusia belajar
untuk memperbaiki nitrogen dalam jumlah besar untuk menambah jumlah nitrogen
secara alami. Proses fiksasi nitrogen sintetis termasuk proses busur listrik,
proses sianamida, dan proses Haber.
Fiksasi nitrogen mengacu
pada konversi gas nitrogen atmosfer (N2) ke dalam bentuk yang dapat digunakan
oleh tanaman dan organisme lain. Fiksasi nitrogen dilakukan oleh berbagai
bakteri, baik sebagai organisme yang hidup bebas dan dalam hubungannya
simbiosis dengan tanaman. Karena itu adalah sumber utama dari nitrogen dalam
tanah, nitrogen yang dibutuhkan tanaman untuk tumbuh, fiksasi nitrogen adalah
salah satu proses biokimia yang paling penting di Bumi.
Bahkan sistem
pertanian modern bergantung pada fiksasi nitrogen oleh alfalfa, semanggi, dan kacang-kacangan
lainnya untuk melengkapi pupuk nitrogen kimia. Organisme hidup membutuhkan
nitrogen karena merupakan bagian dari asam
aminoyang membentuk protein, dan asam nukleat
yang membentuk DNA (asam deoksiribonukleat) dan RNA (ribonucleic acid).
Nitrogen dalam organisme hidup akhirnya membusuk dan diubah menjadi nitrogen
atmosfer (N2).
Bentuk ini, bagaimanapun, adalah
sangat stabil dan tidak reaktif secara kimia, dan karena itu tidak tersedia
untuk digunakan oleh sebagian besar organisme. Beberapa spesies bakteri,
meskipun, dapat mengkonversi N2 menjadi NH3 (amoniak) atau bentuk
nitrogen lainnya yang dapat digunakan.Bakteri pengikat nitrogen ini termasuk
spesies genus Rhizobium, Anabaena, Azotobacter, dan Clostridium, serta yang
lain.
1.2
Rumusan
Masalah
1. Apa
Pengertian Fiksasi Nitrogen ?
2.
Bagaimana Proses Fiksasi Nitrogen ?
3. Bagaimana
Sintetis Fiksasi Nitrogen ?
4. Apa
Fungsi Fiksasi Nitrogen dalam Ekologi ?
5. Bagaimana
Jajaran Organisme Pengikat Nitrogen ?
6. Apa
yang dimaksud Biokimia Nitrogenase ?
7. Bagimana
Sifat Genetik Fiksasi Nitrogen ?
8. Bagaimana
cara Mengatur Ekspresi Gen nif ?
9. Apa
yang dimaksud Fiksasi Nitrogen Secara Simbiosa ?
10. Apa
yang dimaksud Analisis Genus Bakteri Rhizobium ?
11.
Bagaimana cara Pengaturan
Ekspresi Gen Nod ?
1.3 Tujuan
Pembahasan
Adapun tujuan pembahasan makalah
ini ialah untuk :
1. Untuk
mengetahui Pengertian Fiksasi Nitrogen
2. Untuk
mengetahui Proses Fiksasi Nitrogen
3. Untuk
mengetahui Sintetis Fiksasi Nitrogen
4. Untuk
mengetahui Fungsi Fiksasi Nitrogen dalam Ekologi ?
5. Untuk
mengetahui Jajaran Organisme Pengikat Nitrogen
6. Untuk
mengetahui Biokimia Nitrogenase
7. Untuk
mengetahui Sifat Genetik Fiksasi Nitrogen
8. Untuk
mengetahui cara Mengatur Ekspresi Gen nif
9. Untuk
mengetahui Fiksasi Nitrogen Secara Simbiosa
10. Untuk
mengetahui Analisis Genus Bakteri Rhizobium
11. Untuk
mengetahui cara Pengaturan Ekspresi Gen No
BAB
2
ISI
2.1 Pengertian Fiksasi Nitrogen
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 memilikienzim 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 tiga cara yang dapat mengkonversi unsur nitrogen di atmosfer menjadi bentuk
yang lebih reaktif :
a. 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.
b. 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.
c. Pembakaran
bahan bakar fosil : mesin mobil dan pembangkit listrik termal, yang
melepaskan berbagai nitrogen oksida (NOx)
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.
2.2
Proses Fiksasi Nitrogen
1.
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.
2. 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.
2.3 Sintetis
Fiksasi Nitrogen
A. Proses
Haber, atau Haber-Bosch Process.
Dalam proses
ini, nitrogen dipanaskan (dari udara) dan hidrogen dicampur di bawah tekanan
yang sangat tinggi dalam bejana di mana mereka bergabung secara kimiawi. Bejana
berisi katalis (biasanya besi dengan oksida aluminium dan kalium), yang
mempercepat reaksi kimia. Proses Haber adalah proses yang paling banyak
digunakan untuk produksi komersial amonia. Fritz Haber, seorang ahli kimia
Jerman, mengembangkan proses dalam dekade pertama abad ke-20. Karl Bosch,
ilmuwan Jerman yang lain, mengadaptasi proses untuk keperluan industri.
B. Proses
busur listrik
Dalam proses ini
busur listrik yang kuat diatur di udara, menyebabkan nitrogen dan oksigen untuk
menggabungkan dan membentuk oksida nitrogen. Udara yang mengandung oksida
kemudian dikirim melalui air, yang bergabung dengan oksida untuk membentuk asam
nitrat. Proses busur listrik adalah proses sintetis pertama fiksasi nitrogen,
dikembangkan oleh Lord Rayleigh pada tahun 1895.
C.
Proses sianamida
Dalam proses
sianamida, kalsium karbida-dihasilkan dari kapur, coke, dan udara-adalah tanah
menjadi bubuk dan dipanaskan dalam suasana nitrogen murni. Proses ini
menghasilkan kalsium sianamida, yang kemudian dapat digunakan untuk
menghasilkan amonia.
2.4 Fungsi Dalam Ekologi
Nitrogen sangatlah
penting untuk berbagai proses kehidupan di Bumi. Nitrogen adalah komponen utama
dalam semua asam amino, yang nantinya dimasukkan ke dalam protein, tahu kan
kalau protein adalah zat yang sangat kita butuhkan dalam pertumbuhan. Nitrogen
juga hadir di basis pembentuk asam nukleat, seperti DNA dan RNA yang nantinya
membawa hereditas. Pada tumbuhan, banyak dari nitrogen digunakan dalam molekul
klorofil, yang penting untuk fotosintesis dan pertumbuhan lebih lanjut.
Meskipun atmosfer bumi merupakan sumber berlimpah nitrogen, sebagian besar
relatif tidak dapat digunakan oleh tanaman. Pengolahan kimia atau fiksasi alami
(melalui proses konversi seperti yang dilakukan bakteri rhizobium),
diperlukan untuk mengkonversi gas nitrogen menjadi bentuk yang dapat digunakan
oleh organisme hidup, oleh karena itu nitrogen menjadi komponen penting dari
produksi pangan. Kelimpahan atau kelangkaan dari bentuk "tetap"
nitrogen, (juga dikenal sebagai nitrogen reaktif), menentukan berapa banyak
makanan yang dapat tumbuh pada sebidang tanah.
2.5 Jajaran Organisme
Pengikat Nitrogen
Ada beberapa
organisme yang dapat mengikat nitrogen. Pertama, semua bakteri : prokaryota
sederhana yang tak berinti. Meskipun telah banyak dilakukan pengamatan, namun
belum ada satu pun ditemukan organisme eukaryotik berinti yang melakukan
fiksasi nitrogen.
Kedua anggota
kelompok pengikat nitrogen itu secara taksonomi banyak macamnya dan terjadi
secara sporadic.
Ketiga, banyak
bekteri yang tidak mampu mengikat nitrogen sendiri. Tapi hidup bersimbiosa
dengan tumbuhan tinggi. Ini terjadi juga dengan masalah energi. Jika bakteri
itu hidup bersama dengan tumbuhan hijau yang mengikat karbon, hasilnya adalah
pertukaran bahan nutrisi yang saling menguntungkan. Tumbuhannya mendapat
nitrogen yang telah difiksasi, sedangkan bakterinya menerima karbon yang telah
terfiksasi pula, yang dipakai untuk menghasilkan energi.
2.6 Biokimia Nitrogenase
Kemampuan khusus
bakteri pemfiksasi nitrogen untuk mereduksi N2 menjadi ammonia tergnatung
pada system enzimyang disebut “kompleks nitrogenase”. Kompleks ini ternyata
sama benar sifatnya dalam mengikat nitrogen sampai kini.
Pengetahuan yang
di dapat kini menunjukkan, bahwa kompleks nitrogenase terdiri dari enam protein
dan mengandung dua aktivitas enzim berbeda. Satu disebut nitrogenase
saja, dan yang lain disebut nitrogenase reduktase. Komponen nitrogenase dari
kompleks itu mengandung empat subunit yang dibina atas dua macam protein.
Masing-masing protein rangkap dua. Molekulnya juga mengandung kofaktor.
Kofaktor itu adalah besi molybdenum, berarti mengandung besi molybdenum.
Struktur kofaktor belum diketahui meski telah bertahun-tahun diselidiki.
Reduksi
N2 banyak mengandung energi. Ada 20 sampai 30 molekul adenosine trifosfat
(ATP), alat tukar energy dalam sel, diperlukan untuk menunjang reduksi satu
molekul nitrogen menjadi ammonia. Lagipula reaksi nitrogenase banyak menghasilkan
ampas, karena ia juga menghasilkan ion nitrogen menjadi molekul hydrogen, H1 yang
berupa gas.
Nitrogenase
reduktase berberat molekul 60.000 dan terdiri dari dua molekul subunit protein
yang identik. Cirinya berwarna coklat, karena mengandung untaian besi dan
belerang.
2.7 Sifat Genetik Fiksasi Nitrogen
Makin
banyak bakteri pemfikasi nitrogen yang kini sedang diamati dengan teknik
genetika dan biologi molekuler. Tetapi organisme yang dipakai oleh eksperimen
yang asli untuk pengamatan demikian dan yang telah dianalisa paling rinci
ialah Klebsiella pneumonia. Bakteri ini tidak bersimbiosa dengan
organisme lain dan dapat tumbuh dengan baik dalam kultur. Lagi pula, bakteri
ini mendapat perlakuan genetis yang sama dengan yang dilakukan
terhadap Escherichia colii, jenis bakteri yang ada hubungan kerabat
dengannya.
Apa yang
dipelajari tentang gen nif pada K. pneumonia bukan
hanya member rancangan kerja intelektual untuk mempelajari genetika biokimia
fiksasi nitrogen. Tetapi juga dapat dipakai untuk menganalisa proses fiksasi
nitrogen pada bakteri lain yang sifat genetisnya tidak begitu mudah dapat
dianalisa. Sebagian kecil kromosom K. pneumonia, jika dipindahkan
ke E. Coli, membuat sel resipien itu dapat mengikat nitrogen. Ini
menunjukkan bahwa gen nif dari K.
pneumonia membentuk suatu rangkaian pada kromosom. Meskipun reduksi
N2 sehingga menjadi amonia dapat terjadi sebagai reaksi yang berjalan
langsung, namun untuk itu K. pneumonia harus mengerahkan tak kurang
dari 17 gen. semuanya diberi imbuhan huruf abjad bagi nif : A, B, E,
H, K dan seterusnya. Gen-gen nif yang menyandi reaksi itu
menempati sekitar 22 kilobasa pada DNA kromosom.
Gen nif menyandi
protein nitrogenase reduktase, sedangkan gen nifD dan nifK menyandi 2
komponen protein nitrogenase. Lima gen lain (nifH, X, V, N, dan E) terlibat
dalam mensintesa kofaktor besi molybdenum yang jalan reaksinya belum dapat
diungkapkan, dan dua gen (nifF dan J) menyandi polipeptida yang diperlukan
untuk transfer electron kepada nitrogenase reduktase. Tiga gen (nifM, S, V)
diperlukan untuk mematangkan kompleks nitrogenase yang fungsional, dan dua
(nifA, dan nifL) ternyata mengatur ekspresi semua gen nif lain.
Akhirnya fungsi nifX dan nifY belum diketahui peranannya.
Beberapa
gen nif pada organisme pemfiksasi nitrogen lain terbukti sama benar
strukturnya dengan yang terdapat pada K. pneumonia. Namun, pada
organism pemfiksasi nitrogen lain, gen-gen itu biasanya tersebar sekitar genom,
bukan membentuk suatu rangkaian rapat seperti pada K. pneumonia.
2.8 Mengatur Ekspresi
Gen nif
Jika bakteri
pemfiksasi nitrogen menemukan sumber nitrogen yang sudah terfiksasi, seperti
berupa amonia, glutamate, atau asparagin, maka transkripsi
gen-gen nif pun berhenti. Dengan demikian organism itu tidak
membuang-buang energi, karena ini masih diperlukan untuk mensintesa protein.
Juga tidak mebuang-buang ATP , karena ini diperlukan pula untuk mendorong
reaksi reduksi. Gen-gen itu juga tidak berekspresi jika selnya terpapar ke
udara. Ini juga membuat suasana kehidupan jadi baik.
Pengaturan
gen nif sangat kompleks. Pemgaturan itu meliputi control local oleh
gen dalam kompleks nif, dan komtrol yang lebih menyeluruh oleh gen
pengatur yang terletak dibagian lain genom. Agar gen nif mulai
berekspresi, seperti pada semua gen lain, diperlukan enzim RNA polymerase untuk
mentranskripsi DNA menjadi RNA messenger.
Promotor adalah
daerah pengontrol pada suatu gen. RNA polymerase akan berikatan dengan promoter
itu sewaktu transkripsi dimulai. Urutan nukleotida
gen nif berbeda sekali dengan promoter suatu gen yang sudah
banyak diamati pada E. coli. Ini member pandangan bahwa DNA
polymerase yang mengenal promoter gen nif beda dari enzim yang
berikatan dengan promoter gen lain. Pandangan ini belum lama berselang telah
dikukuhkan.
Mutasi pada gen
yang disebut ntrA (ntr adalah untuk mengatur nitrogen, nitrogen regulation),
bukan anggota kompleks nif, menyebabkan fiksasi nitrogen hilang.
Boris Magasanik dari Massachusetts, dan S. Kustu dari University of California
di Davis, telah menetapkan bahwa gen ntrA mengenal promoter
gen nif. Tanpa protein ini gen nif termasuk
pengatur nifA dan L, tak dapat bertranskripsi, sehingga
fiksasi nitrogen tak terjadi. Factor sigma lain menolong RNA polymerase agar
dapat mengenal promoter gen lain.
2.9 Fiksasi Nitrogen Secara
Simbiosa
Bakteri pengikat
nitrogen yang terpenting, baik untuk pertanian maupun ekologi, adalah yang
berinteraksi dengan tumbuhan dengan cara simbiosa. Simbiosa ada yang berbentuk
sedehana dan yang kompleks. Bentuk interaksi sederhana terdapat pada bakteri
Azosfirillumyang hidup sekitar permukaan rumputan. Pada interaksi yang
berbentuk kompleks, seperti interaksi bakteri genus Rhizobium dan
kacang-kacangan. Kacang-kacangan dapat subur pada tanah yang miskin nitrogen,
berkat kehadiran simbion yang memfiksasi nitrogen. Dengan demikian famili
tumbuhan ini sangat besar peranannya dalam pertanian.
Memahami
interaksi simbiotis memerlukan analisa terhadap, bukan hanya gen nif , tapi
juga tentang gen-gen khusus pada tumbuhan dan bakteri yang membuat mereka hidup
berinteraksi demikian kompleks. Kebanyakan strain tak dapat di dorong untuk
memfiksasi nitrogen jika ditanam sendirian dalam kultur. Namun bakteri ini
memiliki kemampuan khusus untuk mengenal dan menyusup ke kacang-kacangan
tertentu dan mendorong terbentuknya suatu reaksi yang terkordinasi dalam
tumbuhan tompangan. Reaksi itu diantaranya untuk mengatur pembelahan sel dan
sintesa seperangkat protein.
Biasanya tempat
infeksi berada di ujung bulu akar yang sedang tumbuh, yang melengkung,
bercabang atau berpilin seperti sekrup sebagai reaksi terhadap bakteri yang
menyusup. Bakteri itu masuk melalui benang infeksi, kehadiran benang infeksi,
mungkin bergabung dengan sinyal dari Rhizobium terhadap permukaan akar,
mendorong terjadinya pembelahan sel dalam akar, sehingga terbentuk bintul awal,
ketika nodul tumbuh, benang infeksi pertama terus tumbuh dan bercabang, masuk
menyelusup diantara sel-sel akar tumbuhan inang.
Sel-sel
Rhizobium yang memfiksasi nitrogen dan yang keluar dari bintul disebut
bakteroid. Dalam bentuk ini bakteri itu biasanya menjalankan gen nif untuk
berekspresi, lalu mengeluarkan amonia yang terbentuk ke dalam jaringan tumbuhan
inang. Tumbuhan inang kemudian menggunakan amonia itu dengan membuatnya
berkondensasi dengan asam glutamat, untuk membentuk glutamin. Kemudian glutamin
ini dipakai untuk menebarkan nitrogen yang telah terfik pada bagian lain tubuh
tumbuhan inang itu.
Spesies
Rhizobium lain lebih banyak memiliki perbedaan yang bersifat biokimia, di luar
perbedaan dalam bentuk jenis tompangan. Spesies kacang-kacangan tertentu hanya
diinfeksi oleh spesies bakteri tertentu pula. Bagi beberapa bakteri
seperti R. leguminosarum, R. trifolii, dan R. phaseoli, yang
membuat bintul masing-masing pada ercis, clover, dan
buncis Phaseolus, ternyata hanya jenis tompangan itu yang menjadi
ciri untuk membedakan berbagai spesies itu. Banyak gen yang tak berekspresi
pada sel bakteri bebas tapi berekspresi pada bakteroid atau sebaliknya.
Susunan biokimia
protein yang dibuat dalam bintul juga memperlihatkan perubahan besar
dibandingkan pada akar yang tak diinfeksi, paling kurang ada 50 protein baru,
disebut nodulin ditemikan khusus terdapat dalam bintul. Secara keseluruhan
jumlah macam protein yang khusus terdapat dalam bintul yang berlipat ganda
lebih banyak dari itu, beberapa diantaranya seperti enzim glutamin sintetase
dan urikase diperlukan untuk asimilasi amonia. Nodulin yang paling banyak ialah
leghaemoglobin.
Leghaemoglobin
menyebabkan bintul warna merah muda, mekipun banyak orang yang menduga
leghaemoglobin berperan untuk melindungi nitrogenase dari kerusakan oleh
oksigen, namun ternyata fungsi utamanya adalah untuk menyampaikan oksigen ke
bakteroid.
Gen
leghaemoglobin kedelai ternyata sama dengan gen haemoglobin mamal, bintul akar
yang terbentuk pada tumbuhan bukan kacang-kacangan oleh bakteri Frankia juga
mengandung leghaemoglobin.
2.10 Analisis
Genus Bakteri Rhizobium
Bakteri
Rhizobium jauh lebih sederhana dan lebih mudah ditangani untuk dianalisa secara
genetis daripada kacang-kacangan inang mereka. Tak mengherankan, bila kemajuan
dalam mengidentifikasi gen bakteri yang diperlukan untuk kerja simbiosa dan
memfiksasi nitrogen dan pembentukan bintul, jauh lebih cepat daripada kemajuan
dalam mengidentifikasi gen tumbuhan yang berperan dalam aktifitas ini. Lagipula
isolasi gen nif dari berbagai bakteri sama besar, sehingga
gen K. pneumoniae dapat dipakai sebagai probe untuk memancing
gen nifspesies lain.
Plasmid besar
yang sama yang membawa gen nif pada
spesies Rhizobium tumbuh cepat, juga mengandung seuntaian gen nod
yang berperan dalam pembentukan bintul. Beberapa pengamat telah memperlihatkan
bahwa pemindahan DNA R. leguminosarum yang mengandung gen nod
yang membuat bintul pada ercis, pada bakteri rhizobium lain yang asalnya
membuat bintul pada clover atau buncis, membuat bakteri resipien itu mampu
membentuk bintul normal pada ercis. Namun ini bukan berarti bahwa untaian nod
plasmid sajalah yang diperlakukan untuk mendorong bakteri Rhizobium membuat
bintul. Bakteri dari genus Agrobacterium sebenarnya sekerabat dekat
dengan bakteri rhizobium, namun spesies Agrobacterium tidak mampu
membuat bintul ataupun memfiksasi nitrogen.
2.11 Pengaturan
Ekspresi Gen Nod
Gen terakhir
dari untaian gen nod yaitu nod telah diperlihatkan berperan sebagai
pengatur, mengontrol transkripsi sendiri dan gen-gen nod lain dalam untaian.
Jika bakteri rhizobium ditumbuhkan dalam media kultur yang minimal,
gen nod berekspresi kuat, sedang gen-gen nod lain tidak
bertranskripsi. Namun ditemukan perbedaan besar jika sel bakteri itu dipaparkan
pada zat getahan yang keluar dari akar ercis, clover atau alfalfa. Transkripsi
semua gen nod, kecuali nodD lalu meningkat sekitar tujuh puluh kali lipat.
BAB
3
PENUTUP
3.1 KESIMPULAN
Fiksasi nitrogen mengacu
pada konversi gas nitrogen atmosfer (N2) ke dalam bentuk yang dapat digunakan
oleh tanaman dan organisme lain. Fiksasi nitrogen dilakukan oleh berbagai
bakteri, baik sebagai organisme yang hidup bebas dan dalam hubungannya
simbiosis dengan tanaman. Karena itu adalah sumber utama dari nitrogen dalam
tanah, nitrogen yang dibutuhkan tanaman untuk tumbuh, fiksasi nitrogen adalah
salah satu proses biokimia yang paling penting di Bumi.
Bahkan sistem
pertanian modern bergantung pada fiksasi nitrogen oleh alfalfa, semanggi, dan
kacang-kacangan lainnya untuk melengkapi pupuk nitrogen kimia. Organisme hidup
membutuhkan nitrogen karena merupakan bagian dari asam
aminoyang membentuk protein, dan asam nukleat
yang membentuk DNA (asam deoksiribonukleat) dan RNA (ribonucleic acid).
Nitrogen dalam organisme hidup akhirnya membusuk dan diubah menjadi nitrogen
atmosfer (N2).
DAFTAR
PUSTAKA
(diakses tanggal 25 februari
2019).
(diakses tanggal 25 februari 2019).
(diakses tanggal 25 februari 2019).
PROGRAM
STUDI PROTEKSI TANAMAN
FAKULTAS
PERTANIAN
UNIVERSITAS
LAMBUNG MANGKURAT
BANJARBARU
2019
Komentar
Posting Komentar