Botani

Keunikan Tanaman Leguminoceae, Siklus Nitrogen, dan Pembentukan Asam Amino

Keunikan Tanaman Leguminoceae, Siklus Nitrogen, dan Pembentukan Asam Amino

            Tanaman family Leguminoceae, jika dilihat sekilas sama saja dengan tanaman dikotil pada umumnya, memiliki bagian-bagian tanaman yang lengkap seperti akar, batang, daun, bunga, buah dan biji. Namun ada ciri khusus yang dimiliki Leguminoceae, sedangkan pada tanaman lain tidak memilikinya. Ciri khusus ini dapat ditemukan pada bagian akar tanaman yang memiliki bintil-bintil akar.


Sekilas bintil akar tersebut tidak memiliki fungsi, namun bukankah yang diciptakan Tuhan semesta alam selalu memiliki fungsi dan kegunaan masing-masing? Lalu apa kegunaan bintil akar dari tanaman Leguminoceae tersebut? Sebelum dibahas lebih lanjut, sebenarnya apa itu tanaman Leguminoceae? Tanaman Leguminoceae atau Fabaceae merupakan salah satu suku dari tumbuhan dikotil. Tanaman Leguminoceae terdiri dari berbagai macam polong-polongan, seperti kacang tanah, putri malu, tanaman turi, buncis, kacang kapri, dll. Tanaman Leguminoceae ini mudah sekali ditemukan di sekitar rumah untuk diamati secara langsung bintil akarnya.

1. Bintil Akar

Bintil akar pada tanaman ini dibuat oleh bakteri dan memiliki fungsi untuk memfiksasi atau mengikat Nitrogen secara langsung dari udara (tidak melalui cairan tanah). Bintil akar dapat dibedakan menjadi bintil akar yang aktif dan bintil akar yang tidak aktif. Bintil akar yang aktif mampu menfiksasi nitrogen dengan efektif. Bintil akar yang aktif berwarna merah atau merah muda pada bagian dalamnya, sedangkan bintil akar yang tidak aktif berwarna putih atau putih pucat pada bagian dalamnya. Bintil akar yang tidak aktif kurang efektif untuk menfiksasi nitrogen. Lalu apa itu nitrogen? Kenapa nitrogen penting bagi tumbuhan?

2. Nitrogen

Nitrogen merupakan salah satu unsur yang sangat diperlukan oleh semua makhluk hidup. 1-2% dari berat kering tumbuhan merupakan nitrogen. Nitrogen di alam sangat melimpah namun memiliki berbagai macam bentuk persenyawaan seperti N2, N2O, NO, NO2, NO3, dan NH4+. Tumbuhan dapat menyerap nitrogen dalam bentuk NO3 dan NH4+. Fungsi nitrogen bagi tumbuhan antara lain:

  1. Diperlukan untuk pembentukan atau pertumbuhan bagian vegetatif tumbuhan
  2. Berperan penting dalam hal pembentukan hijau daun
  3. Membentuk protein, lemak, dan berbagai senyawa organik
  4. Meningkatkan mutu tanaman penghasil daun-daunan
  5. Meningkatkan perkembangbiakan mikroorganisme di dalam tanah

Atmosfer mengandung Nitrogen (N2) sebesar 78%, namun hanya beberapa bakteri (mikroorganisme) tertentu yang dapat memfiksasi nitrogen, sedangkan tumbuhan juga sangat memerlukan nitrogen. Untuk itu beberapa bakteri bersimbiosis dengan tanaman membentuk bintil akar agar dapat mengikat nitrogen di udara dan mengubahnya menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh tanaman. Tanaman yang tidak memiliki bintil akar karena tidak ada mikroorganisme di dalamnya dapat dibantu dengan pemberian pupuk Urea untuk memenuhi kebutuhan nitrogennya.

Siklus Nitrogen

 

  1. Nitrifikasi

Proses Nitrifikasi meliputi perubahan amonium hingga menjadi nitrat dibantu oleh sejumlah bakteri. Bakteri Nitrifikasi yang disebut nitrosomonas berfungsi mengubah amonium (NH4+) menjadi nitrit (NO2). Bakteri yang mengubah nitrit (NO2) menjadi Nitrat (NO3) disebt NitroBacter.

  1. Fiksasi Nitrogen

Fiksasi merupakan proses pengikatan nitrogen yang ada di udara oleh tumbuhan tingkat tinggi. Nitrogen yang diikat biasanya dalam bentuk Nitrat (NO3) sehingga perlu diubah menjadi ammonia (NH3). Tumbuhan Leguminoceae dibantu oleh sejumlah bakteri tertentu untuk mengikat nitrogen.

  1. Asimilasi

Hewan dan organisme heterotrof lainnya mendapatkan nitrogen dari tanaman. Proses ini disebut asimilasi. Nitrogen pada tanaman telah diubah menjadi asam amino yang kemudian dimakan oleh hewan.

  1. Amonifikasi

Proses selanjutnya adalah amonifikasi dimana nitrogen organik dari hewan atau tumbuhan yang sudah mati diubah menjadi amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur.

Bakteri (Mikroorganisme) yang memfiksasi nitrogen

Bakteri yang terbiasa bersimbiosis mutualisme dengan tanaman Leguminoceae ini adalah Rhizobium sp. Tanaman Leguminoceae memberi tempat hidup untuk bakteri, sedangkan bakteri akan membantu tanaman ini untuk memfiksasi nitrogen. Selain itu beberapa bakteri lain yang juga memfiksasi atau mengikat nitrogen antara lain Alnus dan Myrica dengan simbionnya tanaman Actinomycetes. Clostridum pasteuranium (anaerob) dan Azotobacter (aerob) merupakan bakteri heterotof yang juga memfiksasi nitrogen namun tidak membutuhkan akar tanaman sebagai tempat hidup. Bakteri ini mampu hidup bebas. Rhodospirillum rubrum merupakan contoh bakteri yang berfotosintesis, sedangkan Nostoc, Anabaena, dan Oscillatoria merupakan beberapa ganggang hijau yang berfotosintesis.

Mekanisme Fiksasi Nitrogen

Sel akar yang terinfeksi oleh bakteri akan membengkak dan membentuk bintil-bintil akar dimana struktur dalamnya, antara sel inang dan bakteroid dilapisi oleh leghemogloblin dengan penampakkan wana ungu kemerahan.

Proses reaksi reduksi yaitu:    NO3¾¾NO2¾¾NH4+

                Nitrat (NO3) yang diserap oleh tumbuhan harus diubah dahulu menjadi nitrit(NO2) lalu menjadi amonium(NH4+) oleh enzim reduktase. Hal ini harus dilakukan karena dalam metabolisme nitrogen yang berfungsi sebagai pembentuk asam amino adalah amonia bukan nitrat. Untuk berlangsungnya reaksi tersebut diperlukan sejumlah energi dalam bentuk senyawa pereduksi seperti NADPH2/NADH2, karena memerlukan energi sehingga disebut reaksi endotermik. Apabila proses reduksi tersebut terjadi di daun, energi NADPH2/NADH2 diperoleh dari proses fotosintesis, sedangkan bila proses reduksi terjadi di akar, energi diperoleh dari respirasi.

Faktor-faktor yang mempengaruhi penambatan (fiksasi) nitrogen:

Faktor eksternal:

  1. Suplai fotosintat

Tumbuhan menyuplai nutrisi berupa 32% fotosintat ke dalam bintil akar untuk menyediakan energi dan reduktan yang diperlukan. 5% untuk pertumbuhan bintil, 12% untuk respirasi, dan 15% untuk kombinasi nitrogen.

  1. Aerasi

Apabila aerasi baik, fiksasi nitrogen akan meningkat

  1. Temperatur

Keberlangsungan bakteri mengikat nitrogen pada suhu 18-60oC

  1. pH tanah

pH tanah yang baik untuk bakteri penambat nitrigen agar bekerja dengan baik yaitu 7,2

  1. Ketersediaan hara nitrogen

Hara nitrogen yang cukup akan memperlancar proses fiksasi, namun jika nitrogen di udara berkurang, proses fiksasi juga terlambat

  1. Kelembapan tanah

Kelembapan tanah yang meningkat akan mengubah kondisi aerobik menjadi anaerobik sehingga tidak cocok untuk bakteri.

Faktor internal:

  1. Jumlah, warna, ukuran dan letak bintil akar.

Jumlah bintil akar yang banyak akan meningkatkan kemampuan fiksasi nitrogen. Bintil akar yang berwarna kuning kecoklatan menandakan bintil akar sudah tua atau lama sehingga kurang efektif untuk mengikat nitrogen. Bintil akar yang terletak di leher akar lebih efektif dalam mengikat nitrogen.

  1. Jumlah bakteri penambat nitrogen.

Semakin banyak bakteri penambat nitrogen, semakin cepat proses berlangsungnya fiksasi nitrogen.

Pembentukan Asam Amino

  1. Pembentukan Asam Amino dari proses Aminasi Reduktif.

Reaksi dasar pembentukan asam amino adalah reaksi antara asam α keto (yang berasal dari siklus krebs) dan amonia atau amonium (yang berasal dari reduksi nitrat). Berikut reaksi pembentukan asam amino:

R-CO-COOH + NH3                                   R-CNH-COOH+H2O (Aminasi)

(as.α keto)       (amonia)                      (as.α imino)

R-CNH-COOH+NADPH2                 R-CH-(NH2)COOH+NADP/NAD (Reduksi)

(as.α imino)                                         (asam amino)

Terjadi dua macam reaksi yaitu aminasi dan reduksi sehingga proses pembentukan asam amino tersebut disebut aminasi reduktif. Proses Aminasi Reduktif berlaku untuk pembentukan asam amino glutamat dan sebagian proses asam amino aspartat.

  1. Pembentukan Asam Amino Glutamat

Asam Keto Glutarat + NH3                     Asam α imino glutarat

As. α imino glutarat+NADPH2/NADH2             As. amino glutamat + NADP/NAD

 

  1. Pembentukan Asam Amino Aspartat

Asam Oxalo Asetat + NH3                      Asam α imino suksinat

Asam α imino suksinat+NADPH2/NADH2                    As. amino aspartat+ NADP/NAD

Terjadi dua macam reaksi, reaksi yang pertama termasuk aminasi dari aminasi reduktif sedangkan reaksi yang kedua melalui transaminasi.                              

  1. Pembentukan Amida

Amida Asparagin dan Glutamin dibentuk dari reaksi asam amino aspartat dan glutamat yang berekasi lagi dengan amonia. Proses ini dibantu dengan katalisatr enzim asparaginase dan glutaminase.

Asam Amino Aspartat+NH3+ATP                     Asparagin+H2O+ADP+Pi

Asam Glutamat+NH3+ATP                                Glutamin+H2O+ADP+Pi

 

Apabila jumlah amonia di akar terlalu banyak akan menjadi racun, sehingga perlu diikat oleh aspartat dan glutamat menjadi asparagin dan glutamin. Asparagin dan glutamin berfungsi membawa amonia dari akar ke seluruh bagian tumbuhan, melalui floem ke daun-daun yang lebih muda atau ke akar, bunga, buah, dan biji. Selain itu, glutamin dan asparagin juga diangkut melalui xilem ke puncuk. Akhirnya, di dalam semua sel glutamin dan asparagin ditambahkan langsung ke dalam protein sebagai salah satu dari 20 asam amino penyusun protein. Transaminasi merupakan pelepasan gugus amonia dari amida lalu bergabung dengan asam α keto membentuk asam amino lainnya.

  1. Pembentukan Asam Amino melalui Hidrolisis Protein

Asam amino yang merupakan polimer dari protein, tentunya dapat diperoleh dari hidrolisis protein. Pembentukan asam amino melalui hidrolisis protein dapat terjadi saat proses perkecambahan biji, juga pada tumbuhan yang kandungan karbohidratnya sangat sedikit dan tumbuhan yang sedang pada akhir masa vegetatif dan sedang melakukan pengisisan biji. Proses hidrolisis ini dibantu oleh enzim protease dan tejadi pelepasan NH3 (Deaminasi) dan disimpan melalui pembentukan glutamin serta asparagin (transaminasi).

  1. Pembentukan asam amino dari metabolisme urea

Urea yang diberikan secara lansung pada tumbuhan melalui pemberian pupuk sangat berguna bagi tumbuhan. Urea akan dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk membentuk amonia (NH3) dengan reaksi sebagai berikut : CO(NH2)2+H2O                   CO2+2NH3. Urea akan diserap secara utuh oleh tumbuhan kemudian masuk ke dalam siklus ornitin yang akan diperoleh asam aspartat (melalui transaminasi), kemudian dibentuk glutamat, lalu glutamin. Melalui transaminasi akan dibentuk asam amino lainnya.

 

 

 

 

About author

Articles

Saya adalah seorang murid di perguruan Tinggi, saat ini sedang fokus kuliah di fakultas Biologi, dan mencoba meluangkan waktu untuk menulis artikel di blog Sainspedia.net ini
Related posts
Botani

Pengertian Ilmu Botani Secara Bahasa dan Istilah

Daftar Isi Pengertian Ilmu BotaniPengertian Botani Secara bahasaPengertian Botani Secara…
Read more
Botani

Pengertian fotorespirasi Secara Singkat

Pengertian fotorespirasi Pengertian fotorespirasi             Pengertian…
Read more
Newsletter
Become a Trendsetter

Sign up for Sainspedia’s Daily Digest and get the best of Sainspedia, tailored for you.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *