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
Semua spesies yang dapat mengikat nitrogen memiliki kompleks nitrogenase. Strukturnya, sama pada semua spesies yang telah diteliti sejauh ini, mengandung dua
protein yang disebut nitrogenase dan nitrogenase reduktase. Dinitrogenase 240 kD, juga dikenal sebagai protein Fe-Mo, merupakan suatu
α
2
β
2
-heterotetramer yang mengandung dua atom molybdenum Mo dan 30 atom besi. Protein ini mengkatalisis
reaksi N
2
+ 8H
+
+ 8e
-
2NH
3
+ H
2
. Dinitrogenase reduktase 60 kD juga dikenal sebagai protein Fe merupakan suatu dimer yang mengandung subunit yang
identik McKee, 2003.
Universitas Sumatera Utara
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
