4 Bakteri Yang Berperan Dalam Daur Nitrogen

Daur Nitrogen merupakan proses yang terjadi untuk mengkonversi suatu bahan yang mengandung nitrogen dan kemudian akan diubah menjadi bentuk bahan kimia yang lainnya. Karena bumi ini memiliki banyak unsur nitrogen yang tersedia. Nitrogen memiliki peranan penting dalam proses terbentuknya asam amino.

Sehingga, salah satu fungsi daur nitrogen yang sangat penting adalah untuk membentuk asam amino yang merupakan salah satu komponen penting yang bisa membentuk protein. Selain itu, nitrogen juga berperan untuk membentuk asam nukleat. Asam nukleat menjadi salah satu komponen terbentuknya DNA dan RNA. Ada beberapa proses yang dilakukan dalam daur nitrogen.

Pengertian Daur nitrogen

Daur nitrogen adalah proses perubahan nitrogen anorganik menjadi nitrogen organik yaitu amonia (NH3), NO2,NO3 kemudian menjadi nitrogen anorganik lagi. Nitrogen merupakan unsur penting dalam pembentukan asam amino, asam nukleat baik ARN ataupun ADN. Nitrogen adalah komponen gas yang paling banyak terkandung di atmosfer yaitu kurang lebih 80%. Nitrogen yang ada di atmosfer ditemukan dalam bentuk N2 (gas Nitrogen) disebut sebagai nitrogen anorganik.

Untuk dapat dimanfaatkan oleh makhluk hidup, nitrogen anorganik harus di ubah terlebih dahulu menjadi nitrogen organik. Tidak semua makhluk hidup dapat merubah nitrogen anorganik menjadi nitrogen organik. Proses perubahan nitrogen menjadi materi organik hanya bisa dilakukan oleh mikroorganisme prokariota tertentu yang memiliki kemampuan untuk menfiksasi nitrogen menjadi amonia. Serta oleh reaksi nitrogen dengan oksigen atau hidrogen dengan bantuan petir yang menghasilkan senyawa nitrit ataupun nitrat.

Amonia serta nitrit atau nitrat yang terbentuk kemudian diserap oleh tumbuhan sebagai bahan pembentuk protein. Ketika hewan dan manusia memakan tumbuhan tersebut maka nitrogen yang ada dalam tumbuhan tersebut akan berpindah pada ketubuh hewan dan manusia. Selanjutnya nitrogen dari hewan dan manusia kembali kealam melalui sisa hasil ekresi dalam bentuk urine, atau dekomposisi makhluk hidup yang telah mati oleh bakteri pengurai menjadi garam amonium (NH4) dan gas amoniak (NH3).

Kemudian oleh bakteri Nitrosomonas (bakteri nitrit) amonia diubah menjadi nitrit. Nitrit oleh bakteri Nitrobacter (bakteri nitrat) kemudian akan di ubah menjadi nitrat. Proses perubahan amonia menjadi nitrit dan nitrat disebut sebagai proses Nitrifikasi. Proses terakhir dalam daur nitrogen adalah perubahan nitrit dan nitrat menjadi gas nitrogen yang hanya bisa dilakukan oleh bakteri denitrifikasi. Nitrogen yang kembali ke atmosfer akan mengulang siklus dari awal lagi, begitu seterusnya. Walau sama-sama penting, daur nitrogen lebih kompleks jika dibandingkan dengan siklus karbon ataupun siklus oksigen.

Bakteri dalam Daur nitrogen

Dalam proses daur nitrogen tentunya membutuhkan bakteri dalam prosesnya. Berikut adalah bakteri yang digunakan dalam daur nitrogen :

1. Bakteri Rhizobium

Bakteri Rhizobium ini merupakan salah satu bakteri yang bisa mengikat nitrogen. Biasanya, bakteri ini terdapat pada proses fiksasi. Karena bakteri yang bebas di udara akan diikat oleh bakteri tersebut. Bakteri yang sudah mengikat nitrogen ini akan mengubah nitrogen menjadi nitrat

2. Bakteri Micrococcus Denitrifican

Bakteri Micrococcys Denitrifican merupakan salah satu bakteri yang ada dalam proses Aminifikasi. Amonifikasi merupakan proses yang kedua dari daur nitrogen. Sebenarnya, dalam proses ini bisa merugikan banyak tanaman karena mengikat nitrat yang ada pada tanah. Pengikatan ini dilakukan oleh bakteri, dan kemudian diubah menjadi amonium.

3. Bakteri Nitrobacter

Bakteri Nitrobacter merupakan salah satu bakteri yang ada dalam proses yang ketiga pada daur nitrogen. Proses tersebut adalah Nitrifikasi. Pada proses ini, berfungsi untuk mengubah nitrit menjadi nitrat.

4. Thiobacillius Denitrifican

Bakteri ini terdapat pada proses terakhir di daur nitrogen. Bakteri ini akan berfungsi untuk mengambil oksigen. Oksigen yang diambil ini akan diperoleh dari senyawa nitrat yang tersedia di dalam tanah.

Itu adalah beberapa bakteri yang memiliki peranan dalam daur nitrogen. Setiap bakteri memiliki fungsi dan peran tersendiri sesuai dengan kemampuannya. Karena setiap bakteri kemampuannya akan berbeda dari satu dan yang lainnya. Sehingga, mereka digunakan sesuai dengan kemampuan yang dimilikinya.

Tahapan Daur Nitrogen

Secara umum daur nitrogen atau siklus nitrogen terdiri dari tiga tahapan proses, yaitu:

  • Tahap pertama adalah proses perubahan gas nitrogen menjadi amonia oleh bakteri fiksasi nitrogen. Fiksasi nitrogen secara biologis dapat dilakukan oleh bakteri Rhizobium yang bersimbiosis dengan tanaman leguminosa. Bakteri yang berperan dalam fiksasi nitrogen antara lain adalah bakteri Azotobacter dan Clostridium. Selain itu ganggang hijau biru dalam air juga memiliki kemampuan memfiksasi nitrogen.
  • Tahap kedua adalah proses perubahan amonia menjadi nitrit dan nitrat melalui proses nitrifikasi. Amonia diubah menjadi nitrit oleh bakteri nitrit yang disebut bakteri nitrosomonas. Kemudia nitrit yang terbentuk diubah menjadi nitrat oleh bakteri nitrat yang disebut bakteri nitrobakter.
    Tahap kedua adalah proses perubahan nitrit dan nitrat menjadi nitrogen kembali melalui proses denitrifikasi.
  • Nitrogen adalah unsur yang paling berlimpah di atmosfer (78% gas di atmosfer adalahnitrogen). 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 : fiksasi nitrogen,mineralisasi, nitrifikasi, denitrifikasi.

Daur 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. Pembukaannya sudah cukup, sekarang kita menginjak ke detail proses daur / siklus nitrogen.

Fungsi Daur Nitrogen

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 kalauprotein 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 untukfotosintesis 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.

Proses Daur Nitrogen

Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk nitrogen organik,amonium (NH4 +), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), dan gas nitrogen (N2). Nitrogen organikdapat berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk antara dekomposisi bahan organik atau humus dibangun. Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau menumpuknitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Diagram di atas menunjukkan bagaimana proses-proses cocok bersama untuk membentuk siklus nitrogen (lihat gambar).

1. 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 memiliki enzim nitrogenaze yang dapat menggabungkan hidrogen dannitrogen. 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 nitrogenjuga terjadi pada proses non-biologis, contohnya sambaran petir. Lebih jauh, ada empat 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).

d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.

2. Asimilasi

Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik dalam bentuk ion nitratatau ion amonium. Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari tanaman yang mereka makan.

Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut akarnya. Jikanitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion nitrit dan kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tanaman yang memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen dapat berasimilasi dalam bentuk ion amoniumlangsung dari nodul. Hewan, jamur, dan organisme heterotrof lain mendapatkan nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil.

3. Amonifikasi

Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur.

4. Nitrifikasi

Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri yang hidup di dalam tanah danbakteri nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi, bakteri nitrifikasi seperti spesiesNitrosomonas mengoksidasi amonium (NH4 +) dan mengubah amonia menjadi nitrit (NO2-). Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter, bertanggung jawab untuk oksidasi nitrit menjadi darinitrat (NO3-). Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman.

Author: Angga Sopyana