2.4. Fiksasi Nitrogen Secara Biologis
Fiksasi nitrogen merupakan proses biokimia yang paling mendasar setelah fotosintesis. Proses ini merupakan reduksi nitrogen atmosfer menjadi ammonia.
Fiksasi nitrogen dapat dilakukan oleh ganggang biru-hijau, beberapa mikroorganisme khususnya bakteri. Reaksi reduksi nitrogen adalah sebagai berikut:
N
2
+ 3H
2
2NH
3
∆G
o
= -33,5 kJ mol
-1
Reaksi di atas merupakan reaksi eksergonik. Karena N
2
tidak reaktif, proses ini secara industri dilakukan dengan menggunakan katalis, temperatur tinggi 600
o
C dan tekanan 1000 atm. Proses biologi terjadi pada tekanan 1 atm dan suhu 25
o
C. Pada sistem bakteri, reaksi dikatalisis oleh enzim nitrogenase Kuchel, 1998.
Fiksasi nitrogen dikatalisis oleh suatu kompleks enzim, yaitu sistem nitrogenase, yang aktivitasnya masih belum dipahami sepenuhnya. Karena sistem
nitrogenase bersifat tidak stabil dan segera mengalami inaktivasi oleh oksigen atmosfer, enzim ini sulit untuk diisolasi dalam bentuk aktif dan dimurnikan. Produk
fiksasi nitrogen stabil yang pertama dikenali adalah ammonia NH
3
; jadi proses keseluruhan dipandang terdiri dari reduksi satu molekul nitrogen N
2
menjadi dua molekul ammonia Lehninger, 1982.
2.4.1. Organisme Pengikat Nitrogen
Hanya beberapa spesies mikroorganisme dan tanaman yang dapat melakukan fiksasi nitrogen atmosfer. Beberapa bakteri yang hidup bebas, seperti sianobakteri atau
ganggang hijau-biru, yang terdapat tidak hanya di dalam air tawar dan air asin, tetapi juga pada tanah dan jenis-jenis bakteri lainnya, seperti Azotobacter, mampu
melakukan fiksasi nitrogen atmosfer. Produk penting pertama dari fiksasi nitrogen pada organisme ini adalah ammonia NH
3
, yang dapat dipergunakan oleh bentuk kehidupan lain, baik secara langsung atau setelah pengubahannya menjadi senyawa
terlarut lainnya, seperti nitrit, nitrat, atau asam amino Lehninger, 1982.
Universitas Sumatera Utara
Fiksasi biologis nitrogen dilakukan baik oleh mikroorganisme nonsimbiotik yang dapat berdiri sendiri atau bakteri-bakteri tertentu yang hidup secara simbiosa
dengan tanaman tingkat tinggi. Golongan yang pertama termasuklah organisme aerobik tanah misalnya Azotobacter, organisme tanah anaerob misalnya Clostridium
sp, bakteri fotosintetik misalnya Rhodospirillum rubrum dan ganggang misalnya Myxophyceae. Sistem simbiotik terdiri atas bakteri Rhizobia yang hidup dalam
simbiosa dengan sejumlah Leguminoseae seperti kudzu, kacang polong dan kedelai. Leguminosa bukan satu-satunya tanaman yang dapat memfiksasi nitrogen secara
simbiosis; lebih kurang 190 spesies semak dan pohon dapat memfiksasi nitrogen Sulaiman, 1991.
Banyak bakteri yang tidak mampu mengikat nitrogen sendiri, tapi hidup bersimbiosa dengan tumbuhan tinggi. Ini terjadi, juga karena masalah energi. Ikatan
serangkai tiga yang menghubungkan dua atom nitrogen dalam suatu molekul gas nitrogen, sulit diputuskan. Begitu besar biaya energi untuk menghasilkan ammonia
secara kimia, sebegitu pula beban energi yang dipikul oleh bakteri pengikat nitrogen. 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 Marx, 1991.
2.4.2. Biokimia Nitrogenase
Kategori