Nitrogenase

Nitrogenase
Nitrogenase merupakan enzim yang digunakan oleh beberapa organisme untuk mengarahkan keberadaan nitrogen di atmosfir. Nitrogenase membantu memelihara keseimbangan senyawa di udara, mencegah kelebihan nitrogen di udara. Nitrogenase penting di dalam proses pemecahan ikatan rangkap tiga pada senyawa nitrogen. Nitrogen berperan sebagai katalis untuk mengikat 3 atom hidrogen ke nitrogen sehingga menghasilkan senyawa amonia (wisegreek 2009. http://www.wisegeek.com/what-is-nitrogenase.htm).

Nitrogenase merupakan kompleks enzimatik yang dapat memfiksasi nitrogen di udara. Komplkes nitrogenase berada bebas di dalam organisme yang memfiksasi nitrogen dan juga berada di dalam bakteri yang memfiksasi nitrogen yang bersimbiosis. Berikut persamaan reaksi pembentukan amonia dari nitrogen :
N2 + 8 H+ + 8 e- + 16 ATP + 16 H2O 2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi

Amonia dibentuk pada proses ini diinkorporasikan ke dalam asam amino glutamat dan glutamin serta asam nukleat. Kompleks nitrogenase mengandung 2 tipe protein. Protein pertama memiliki berat molekul (BM) 220 kDa. Protein ini dibentuk dari 4 subunit yang mengandung 28 ion Molibdenum sebagai kofaktor. Protein kedua memiliki BM 70 kDa, dibentuk dari 2 subunit yang mengandung 8 atom besi sebagai kofaktor. Kofaktor logam baik Fe maupun Mo meletakkan nitrogen di dalam posisi yang mana mudah untuk dikonversi menjadi amonia. Kedua protein tersebut bersama-sama memfiksasi nitrogen di udara. Kompleks nitrogen ini sangat sensitif terhadap oksigen. Oksigen dapat menginaktivasi aktivitas nitrogenase. Oleh karena itu, pada tumbuhan, untuk mencegah pertemuan molekul oksigen dengan nitrogenase, tumbuhan memproduksi hemoglobin khusus pada tumbuhan yang dinamakan laghemoglobin. Protein ini memiliki afinitas tinggi terhadap oksigen dan mengikat oksigen. Protein ini diinisiasikan di sekitar akar untuk mencegahdari jangkauan nitrogenase.

Nitrogen merupakan komponen esensial di dalam senyawa yang ditemukan pada makhluk hidup, seperti asam amino yang akan membentuk protein, dan asam nukleat yang mentuk DNA. Nitrogen dibutuhkan untuk kehidupan dan pertumbuhan dari semua organisme di alam. Nitrogen ditemukan di alam dalam berbagai macam bentuk, dan menyusun 78 % gas di udara. Di dalam udara, nitrogen memiliki ikatan rangkap tiga, sehingga tumbuhan tidak dapat memecahnya untuk digunakan dan diasimilasi. Reduksi nitrogen dari udara menghasilkan nitrat dan amonia yang dinamakan fiksasi nitrogen.
Fiksasi nitrogen dapat dilakukan dengan 3 cara. Pertama dilakukan secara langsung oleh reaksi pencahayaan dan reaksi fotokimia. Reaksi tersebut hanya 10 %, dan terjadi secara alami. Kedua, menggunakan proses Haber. Cara ini digunakan dalam industri, namun produksinya sangat mahal karena memerlukna banyak energi. Ketiga. Secara biologi oleh bakteri yang memfiksasi nitrogen. Fiksasi nitrogen oleh bakteri diketahui sekitar 60 % dari total 90 % nitrogen yang difiksasi. Organisme yang memfiksasi nitrogen mengandung enzim khusus yang dapat memutus ikatan rangkap tiga nitrogen. Enzim utama yang berperan dalam fiksasi ini adalah nitrogenase. Enzim ini dikodekan oleh nif gen. Simbiosis antara tanaman dengan bakteri yang memfiksasi nitrogen.

Nif gen merupakan gen yang dienkodekan enzim yang terlibat dalam fiksasi nitrogen di udara. Nif gen juga mengenkodekan sejumlah protein regulator yang terlibat dalam fiksasi nitrogen. Nif gen ditemukan pada bakteri bebas pemfiksasi nitrogendan bakteri pemfiksasi nitrogen yang bersimbiosis di dalam berbagai tanaman. Ekspresi nif gen diinduksi sebagai respon dari konsentrasi nitrogen yang difiksasi rendahdan rendahnya konsentrasi oksigen. nif gen yang mengencodekan kompkleks nitrogenase dan berbagai enzim yang terlibat dalam fiksasi nitrogen memiliki sekuens konsensus identik dari bakteri pemfiksasi nitrogen satu dengan yang lainnya, namun struktur dari nif gen adalah sama, regulasinya bervariasi antara organisme pemfiksasi nitrogen atau yang dikenal denal diazotrof, bergantung pada hirarki evolusioner organisme. Kompleks nitrogenase dienkodekan sekitar 20 nif gen yang berbeda-beda.

Aktivasi transkripsi nif gen terjadi saat kondisi stress nitrogen. Nif gen pada bakteri ditemukan pada kromosom, namun kebanyakan ditemukan di plasmid bakteri bersama gen-gen lain yang berhubungan dengan fiksasi nirogen. Berikut contoh dan regulasi nif gen di dalam diazotrof yang berbeda-beda. Klebsiella pneumoniae- merupakan bakteri anaerob yang dapat memfiksasi nitrogen. Bakteri ini memiliki 20 nif gen yang berlokasi dalam kromosom bakteri di dalam daerah 24 kb, nifH, nifK, dan nifD mengenkodekan subunit nitrogen, sedangkan nifE, nifN, nifU, nifS, nifV, nifW, nifX, nifB, dan nifQ mengenkodekan protein ynag terlibat di dalam perakitan dan inkorporasi Fe dan Mo ke dalam subunit nitrogenase.

(http://www.tau.ac.il/~ecology/virtau/2-tali/The%20Nitrogenase%20complex.htm)

Thanks for Fatma Hastuti (2009)