BAGAIMANA MAKHLUK HIDUP MENDAPATKAN NITROGEN?

 BAGAIMANA MAKHLUK HIDUP MENDAPATKAN NITROGEN?

 

Sebagai salah satu atom penyusun DNA, RNA, dan protein, nitrogen merupakan elemen penting untuk setiap bentuk kehidupan. Meskipun unsur nitrogen (N2) membentuk sekitar 78% dari atmosfer kita, akan tetapi unsur N2 tidak dapat digunakan secara langsung oleh tanaman dan hewan karena ikatan rangkap tiga pada N2 yang sangat kuat, Oleh karena itu unsur nitrogen harus diubah menjadi senyawa lain  yang dapat digunakan organisme hidup. Unsur nitrogen terlibat dalam beberapa reaksi kimia, akan tetapi karena energi aktivasi yang tinggi untuk memecah ikatan rangkap tiga maka dalam reaksinya dibutuhkan energi listrik, suhu dan tekanan yang tinggi, serta katalis logam. 

Konversi unsur nitrogen menjadi senyawa nitrogen sederhana yang dapat digunakan oleh tumbuhan dan hewan disebut sebagai "fiksasi nitrogen". Contoh senyawa yang dibuat dengan fiksasi nitrogen adalah amonia, nitrit, nitrat, dan senyawa organik seperti urea (H2NCONH2). Nitrogen juga digunakan dalam industri proses Haber di mana unsur N2 dan H2 diubah menjadi amonia pada suhu 400-500° C dan tekanan 130–300 atm dengan katalis yang mengandung besi. Ammonia diproduksi secara besar-besaran (sekitar 120 juta metrik ton per tahun di seluruh dunia), amonia digunakan untuk produk pembersih dan industri kimia lainnya, tetapi penggunaannya yang paling penting adalah sebagai pupuk dan sebagai bahan awal untuk sintesis pupuk nitrogen lainnya seperti urea.

Produksi pangan global saat ini diperkirakan menjadi dua kali lipat jika dibandingkan tanpa menggunakan amonia yang dihasilkan oleh proses Haber. Selain proses Haber, sumber amonia yang sama pentingnya untuk pertanian adalah fiksasi nitrogen biologis, suatu proses alami di mana bakteri fiksasi nitrogen tertentu (seperti itu seperti genus Rhizobium yang ditemukan di nodul akar tanaman kacang polong, kacang, dan semanggi). Bakteri ini dapat digunakan sebagai pupuk alami terhadap tanaman. Pada proses sintesis amonia Haber dibutuhkan suhu dan tekanan tinggi, sedangkan fiksasi nitrogen biologis terjadi di bawah kondisi biasa.

Bagaimana cara Rhizobia melakukan fiksasi nitrogen? Bakteri mengandung enzim

kompleks yang disebut nitrogenase, yang mengkatalisis reduksi N2 ke NH3.

N2 + 6H+ + 6e- 🡪 2NH3

Protein Nitrogenase mengandung besi dan logam transisi lain seperti molibdenum atau vanadium. Molibdenum nitrogenase yang dipelajari dengan baik terdiri dari dua protein:

suatu protein besi yang mengandung satu kluster Fe4S4 dengan geometri besi berupa tetrahedral dan protein besi-molibdenum yang mengandung kluster Fe7MoS9 dengan geometri besi tetrahedral dan untuk molibdenum oktahedral. Pada senyawa ini atom mo dikelilingi oleh tiga ligan belerang dan tiga atom donor ligan lainnya, klaster Fe7MoS9 diyakini sebagai gugus aktif di mana N2 diikat, lokasi tepat di mana molekul N2 mengikat di gugus aktif ini masih belum diketahui.

Protein besi-molibdenum memiliki semua perlengkapan yang dibutuhkan untuk menghancurkan ikatan N2 yang kuat dan menghasilkan NH3, tetapi membutuhkan aliran elektron (enam elektron untuk memecah setiap ikatan N ≡ N). Dengan bantuan molekul organik adenosin triphosphate (ATP), elektron dipompa dalam serangkaian langkah satu elektron dari

protein besi melalui rantai gugus besi-sulfur ke gugus aktif dari  protein besi-molibdenum. Senyawa-senyawa seperti diimide (HN = NH) dan hidrazin telah diketahui sebagai zat antara, tetapi mekanisme yang tepat dari reaksi ini masih belum diketahui.

John Mc Murry, General Chemistry, 4th Edition

Zhumdahl, Chemistry, 8th Edition