Mengenal Nitrifikasi dan Denitrifikasi

Mengenal Nitrifikasi dan Denitrifikasi, Proses nitrifikasi mikroba ditemukan oleh ahli mikrobiologi Rusia, Sergei Winogradsky.Silinder nitrogen adalah salah satu siklus biogeokimia mendasar yang terjadi di alam.

Nitrogen sangat penting untuk semua bentuk kehidupan, seperti yang terjadi pada semua komponen dasar kehidupan. Unsur ini diperlukan tidak hanya pada asam amino tetapi juga pada materi genetik organisme hidup.

Ini melibatkan transformasi siklik nitrogen atmosfer dari bentuk anorganiknya ke bentuk organik. Sementara sebagian dari konversi ini terjadi melalui fenomena lingkungan, sebagian besar konversi nitrogen terjadi karena tindakan bakteri nitrifikasi dan denitrifikasi.

Masalah ini diatasi dengan adanya nitrogen-fixing organisme yang mengubah nitrogen anorganik menjadi senyawa organik seperti amonia. Senyawa amonia ini tersedia dalam bentuk organik untuk tanaman dan hewan oleh bakteri nitrifikasi, yang mengubah amonia menjadi nitrogen organik dalam bentuk nitrat.

Agar unsur ini digabungkan oleh organisme, ia harus memiliki akses ke tingkat nitrogen yang tak habis-habisnya dan terus-menerus di atmosfer. Namun, nitrogen lingkungan yang tersedia secara alami bersifat anorganik, dan karenanya tidak dapat diasimilasi dan dimanfaatkan oleh organisme.

Nitrogen organik ini kemudian diambil oleh tanaman dan hewan, digunakan sesuai kebutuhan mereka, dan kelebihannya dieliminasi dalam bentuk limbah nitrogen. Jika limbah ini tidak dipecah, akan menyebabkan terbentuknya nitrat dan penipisan sumber nitrogen secara mantap.

Situasi ini dicegah karena adanya dan tindakan bakteri denitrifikasi, yang mengubah senyawa organik nitrat kembali ke bentuk anorganiknya, sehingga mengisi kembali tingkat nitrogen di atmosfer, dan menyelesaikan siklus nitrogen.

Nitrifikasi

Bakteri ini adalah chemotrophs yang mengkonsumsi nitrogen anorganik dan memetabolasinya dengan penggunaan enzim seperti amonia monooxygenase dan nitrit oxidoreductase, untuk menghasilkan nitrat organik.

Mereka berkembang dalam kisaran suhu 25-30 ° C, dan memerlukan pH netral sampai pH basa. Proses pengubahan amonia menjadi nirat dilakukan oleh dua set bakteri nitrifikasi dalam tahap terpisah.

Mengubah amonia menjadi nitrit dan set lainnya mengubah nitrites ini menjadi nitrat. Telah diamati dalam praktik pertanian, bahwa di daerah yang kaya dengan jenis bakteri ini, percikan ringan larutan amonia encer meningkatkan kesuburan tanah.

Fungsi Siklus Nitrogen

Hal ini terjadi dengan bantuan satu set bakteri yang disebut ammonium oxidizing bacteria (AOB). Organisme ini menggunakan beberapa enzim kunci seperti amonia monooxygenase (AMO) dan hydroxylamine oxidoreductase (HAO) untuk menghasilkan konversi.

 Awalnya, protein tembaga transmembran bertindak sebagai katalisator untuk menghasilkan oksidasi amonia menjadi hidroksilamina melalui aksi AMO, dengan memanfaatkan dua elektron dari kolam kuinon.

NH3 + O2 + 2H + + 2e- ➜ NH2OH + H2O

Selanjutnya, HAO bekerja pada hydroxylamine dan menghasilkan nitrit bersama dengan empat elektron. Dua dari elektron ini mengisi kolam quinone dan dua lainnya digunakan untuk menghasilkan gaya gerak proton melintasi membran, untuk memberikan nitrites.

NH2OH + H2O ➜ NO-2 + 5H + + 4e-

Keseluruhan reaksi menjadi

NH3 + O2 ➜ NO-2 + 3H + + 2e-

Nitrit diubah menjadi nitrat oleh aksi bakteri pengoksidasi nitrit (NOB). Mereka menggunakan enzim yang disebut nitrit oxidoreductase (NXR), yang merupakan molybdoprotein besi-sulfur yang terkait dengan rantai transpor elektron.

Mekanisme pastinya dari langkah ini belum sepenuhnya diuraikan, namun para ilmuwan meyakini bahwa membran ini mengikat protein pada nitrat secara eksternal untuk menghasilkan konversi menjadi nitrat, dan reaksinya terjadi sebagai berikut:

NO-2 + H2O ➜ NO-3 + 2H + + 2e-

Contoh Bakteri Nitrifikasi

Genera yang mengubah amonia menjadi nitrit

1.       Nitrosococcus

2.       Nitrosospira

3.       Nitrosomonas

Mengubah nitrit menjadi nitrat

1.       Nitrospina

2.       Nitrococcus

3.       Nitrospira

4.       Nitrobacter

Bakteri ini adalah aerob fakultatif dan melakukan denitrifikasi pada kondisi anaerobik. Mereka membutuhkan kondisi yang sama dengan bakteri nitrifikasi dalam hal suhu dan pH. Mereka memetabolisme senyawa nitrogen di dalam tanah untuk menghasilkan nitrogen molekuler, dengan bantuan enzim yang disebut nitrat reduktase. Dalam kasus kelimpahannya di suatu daerah, hal itu menyebabkan penipisan kesuburan tanah.

Fungsi  Nitrogen

Bakteri ini memanfaatkan nitrat sebagai sumber oksigen sebagai akseptor elektron. Untuk membebaskan dan menggunakan oksigen ini, nitrat dikurangi dengan aksi reduktase nitrat. Enzim ini, dengan bantuan atom hidrogen, mengalami dehidrasi dan mengurangi molekul nitrat untuk diproduksi Nitrogen ips gas.

 Reaksinya adalah sebagai berikut: 2NO-3 + 10e- + 12H + ➜ N2 (g) + 6H2Okontase Bakteri Micrococcus denitrificans

Pseudomonas

      Thiobacillus denitrificans

Paracoccus denitrificans

Gabungan kedua jenis bakteri ini membantu menjaga keseimbangan nitrogen seimbang. Namun kemajuan terbaru dalam praktik pertanian telah menyebabkan pergeseran keseimbangan siklus biogeokimia ini.

Fenomena ini disebut eutrofikasi, dan mempengaruhi organisme laut dan air tawar, karena pertumbuhan alga yang melimpah mengurangi kadar oksigen terlarut di dalam air, sehingga menyebabkan kekurangan oksigen untuk penggunaan organisme lain.

Penggunaan pupuk yang berlebihan dan peningkatan budidaya kacang polong telah menyebabkan terlalu banyak nitrat di dalam tanah, dan saat ini melebur ke dalam badan air yang berdekatan, mereka menimbulkan kejadian proliferasi alga yang tinggi.