Nitrogen hadir di lingkungan dalam banyak sekali bentuk kimia termasuk nitrogen organik, amonium (NH4+), nitrit (NO2–), nitrat (NO3–), dan gas nitrogen (N2). Nitrogen organik sanggup berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk antara dekomposisi materi organik atau humus dibangun.
Tahapan siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia ke bentuk kimiawi yang lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan.
Fiksasi Nitrogen
Meskipun nitrogen yakni gas di atmosfer dengan kelimpahan yang tinggi, tetapi flora tidak bisa menggunakannya secara langsung. Untuk menjadi berguna, nitrogen harus “menetap,” atau diubah menjadi bentuk yang lebih berguna. Meskipun beberapa nitrogen dirubah oleh petir atau ganggang biru-hijau, banyak yang diubah oleh kuman di dalam tanah. Bakteri ini akan menyatukan nitrogen dengan oksigen atau hidrogen untuk sehingga terbentuk nitrat atau amonia (Gambar di bawah).
Bakteri pengikat nitrogen baik hidup bebas atau dalam hubungan simbiosis dengan flora polongan (kacang polong, kacang-kacangan, kacang tanah). Bakteri simbiotik memakai karbohidrat dari flora untuk menghasilkan amonia yang mempunyai kegunaan untuk tumbuhan. Tumbuhan memakai nitrogen tetap ini untuk membangun asam amino, asam nukleat (DNA, RNA), dan klorofil. Ketika kacang-kacangan ini mati, nitrogen tetap mengandung menyuburkan tanah.
Fiksasi nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik yang mengubah nitrogen di udara menjadi amonia (NH3). Mikroorganisme yang memfiksasi nitrogen disebut diazotrof. Milroorganisme ini mempunyai enzim nitrogenaze yang sanggup menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi untuk fiksasi Nitrnitrogen biologis ini sanggup ditulis sebagai berikut :
N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2
Asimilasi
Tanaman mendapat nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik dalam bentuk ion nitrat atau ion amonium. Sedangkan binatang memperoleh nitrogen dari tumbuhan yang mereka makan. Tanaman sanggup menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut akarnya. Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion nitrit dan kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tumbuhan yang mempunyai hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen sanggup berasimilasi dalam bentuk ion amonium laangsungdari nodul. Hewan, jamur dan organism heterotrof lain mendapat nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil.
Asimilasi merupakan Penyerapan dan penggabungan dengan unsur lain membentuk zat gres dengan sifat baru. Senyawa Nitrat (NO3)– diserap oleh flora mengalami proses asimilasi menjadi materi penyusun organ pada tumbuhan. Tumbuhan sebagai Produsen dikonsumsi oleh insan dan hewan. Nitrogen pada biomassa flora masuk ke dalam proses biokimia pada insan dan hewan. Jumlah relatif NO3– dan nitrogen organik dalam xylem bergantung pada kondisi lingkungan. Jenis flora yang akarnya bisa mengasimilasi N, dalam cairan Xylem dijumpai banyak asam amino, amide an urine, tidak dijumpai NH4+.
Sedangkan kalau di dalm cairan xylem mengandung NO3– berarti akar flora itu tidak bisa mengasimilasi NO3–. Kalau dlam lingkungan perakaran NO3– terdapat dalam jumlah besr, cairan xylem akan mengandung NO3– juga.
Reduksi Nitrogen
Reaksi kedua dari proses reduksi nitrat yakni pengubahan nitrit menjadi NH4. Nitrit yang ada di sitosol diangkut ke dalam kloroplas di daun atau ke dalam proplastid di akar. Di daun, reduksi NO2 menjadi NH4 memerlukan enam elektron yang diambil dari H2O pada sistem pengangkutan elektron non siklik, pada kloroplas selama pengangkutan elektron ini, cahaya mendorong pengangkutan elektron dari H2O ke feredoksin (fd). Proses keseluruhan reduksi NO3– menjadi NH4 yaitu :
a. Reduksi Nitrat
NO3– + NADH -> NO2+ + NAD + H2O
Reaksi ini berlangsung di sitosol, enzim yang mengkatalis yakni nitrat reduktase, enzim yang memindahkan dua elektron dari NADPH2, akhirnya yakni nitrite, NAD (NADP) dan H2O. Nitrat reduktase yakni 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 dalam 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.
Amonifikasi (Pengubahan NH4+ mejadi senyawa organik)
NH4+ (ammonium) yang diserap eksklusif dari tanah atu yang dihasilkan oleh fiksasi N2 tidak pernah dijumpai tertimbun dalam badan 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 diharapkan 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 diharapkan untuk mempertahankan reaksi 1, sedang glutamat yang kedua sanggup berubah eksklusif menjadi protein atau asam amino lain yang diharapkan untuk sintesis protein, klorofil, asam nukleat dan lain-lain.
Selain membentuk glutamate, glutamine sanggup memperlihatkan 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 sanggup diberikan kepada α keto karboksilat, membentuk asam amino. Proses ini dinamakan transaminasi. Dengan transaminasi banyak sekali asam amino sanggup dibuat, tergantung pada α keto karboksilatnya.
Sumber https://infoana.comm