Nitrogenase reduktase berberat molekul 60.000 dalton dan terdiri dari dua subunit protein yang identik. Cirinya berwarna coklat, karena mengandung untaian
besi dan belerang. Dari namanya dapat diduga bahwa enzim itu mereduksi nitrogen, karena menambah lagi elektron yang dipakai untuk mereduksi N
2
. Nitrogenase reduktase menerima elektron yang dipindahkan protein lain dan sifatnya bervariasi
pada berbagai bakteri pengikat nitrogen. Reduksi N
2
banyak menggunakan energi. Ada 20 sampai 30 molekul adenosin trifosfat ATP yang diperlukan untuk menunjang
reduksi satu molekul nitrogen menjadi ammonia. Lagi pula reaksi nitrogenase banyak menghasilkan residu, karena ia juga mereduksi ion hidrogen menjadi molekul
hidrogen H
2
yang keluar berupa gas Marx, 1991.
Nitrogenase dengan cepat dinonaktifkan oleh O
2
, jadi enzim ini harus dilindungi dari oksigen yang reaktif ini. Sianobakteri memberikan perlindungan
dengan cara mengikat nitrogen melalui sel-sel nonfotosintetik yang disebut heterocyst.
Pada bintil akar legume, perlindungan dapat dilakukan oleh sintesis leghemoglobin secara simbiosis. Bagian globin dari monomer oksigen ini akan
mengikat protein yang disintesis oleh tumbuhan, dimana protein heme disintesis oleh Rhizobium. Leghemoglobin memiliki afinitas O
2
yang sangat tinggi menjaga masuknya O
2
cukup rendah untuk melindungi nitrogenase yang sedang melakukan transport pasif O
2
untuk bakteri aerobik Voet, 1998.
2.4.3. Mekanisme Reduksi Nitrogen oleh Nitrogenase
Selama proses fiksasi nitrogen secara biologis, gas nitrogen N
2
direduksi menjadi ammonia NH
3
oleh enzim nitrogenase. Proses tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Protein Fe nitrogenase reduktase menerima elektron dari feridoksin NADPH membentuk protein Fe tereduksi.
Protein Fe + 6e
-
Protein Fe tereduksi
Universitas Sumatera Utara
2. Protein Fe tereduksi bereaksi dengan 12 molekul MgATP membentuk suatu
kompleks protein Fe tereduksi-MgATP kompleks RFP-MA
1
Protein Fe tereduksi + 12MgATP Kompleks RFP-MA . Dalam hal ini ion
Mg
2+
akan mengaktifkan protein Fe.
3. Protein Fe-Mo nitrogenase bereaksi dengan satu molekul N
2
membentuk kompleks nitrogen nitrogenase NNC
2
Nitrogenase + N
2
Kompleks nitrogen nitrogenase
Gambar 2.3. Struktur kofaktor Fe-Mo dalam nitrogenase
.
4. Dengan adanya ion Na
+
, kompleks RFP-MA akan mengikat kompleks nitrogen nitrogenase membentuk kompleks nitrogenase aktif. Elektron-elektron pada
kompleks RFP-MA ditransfer ke dalam nitrogenase untuk mereduksi nitrogen. Selama proses transfer elektron ini, dua molekul ion H
+
direduksi menjadi H
2
. Kompleks RFP-MA + NNC Kompleks nitrogenase
2H
+
H
2
5. Nitrogenase tereduksi dalam kompleks nitrogenase menerima enam molekul ion H
+
dari sitoplasma dan mereduksi N
2
menjadi ammonia dengan menggunakan enam elektron. Elektron-elektron yang ada pada atom Fe dari nitrogenase
digunakan untuk tujuan ini. Reduksi nitrogen melalui tiga tahap: i Tahap pertama, nitrogen bereaksi dengan 2H
+
menggunakan dua elektron menghasilkan diamida.
N ≡N + 2H
+
HN=NH
1
RFP-MA: Reduced Fe Protein-MgATP
2
NNC: Nitrogenase Nitrogen Complex
Kompleks RFP-MA 6e
-
Kompleks nitrogen nitrogenase
Universitas Sumatera Utara
ii Tahap kedua, diamida bereaksi dengan 2H
+
menggunakan dua elektron menghasilkan hidrazin.
HN=NH + 2H
+
H
2
N-NH
2
iii Tahap ketiga, hidrazin bereaksi dengan 2H
+
menggunakan dua elektron menghasilkan dua molekul ammonia.
H
2
N-NH
2
+ 2H
+
2NH
3
6. Setelah reduksi N
2
menjadi NH
3
, kompleks nitrogenase terurai menjadi protein Fe, nitrogenase, Mg
2+
, dan ADP. Begitu juga dengan NH
3
yang dihasilkan, dilepaskan ke dalam sitoplasma. Dengan demikian enzim nitrogenase dapat
mereduksi kembali molekul nitrogen yang lain NIIR Board, 2004.
Reaksi reduksi nitrogen oleh nitrogenase menjadi ammonia dapat dituliskan sebagai
berikut: N
2
+ 8H
+
+ 8e
-
+ 16MgATP 2NH
3
+ H
2
+ 16MgADP + 16P
i
.
2.5. Fiksasi Nitrogen Oleh Bakteri
