Sains Asimilasi Nitrogen Seluler: Mengubah Pupuk Menjadi Protein

Catatan Lapangan

Poin Penting

1. Nitrogen yang diserap akar sebagai nitrat (NO3-) atau amonium (NH4+) harus diubah menjadi asam amino lewat jalur metabolisme di dalam sel.
2. Enzim nitrat reduktase membutuhkan molibdenum (Mo) untuk mengubah nitrat menjadi nitrit sebelum diasimilasi menjadi amonium.
3. Amonium diasimilasi lewat siklus GS-GOGAT di kloroplas menjadi asam glutamat dan protein pembentuk biomassa tanaman.

---

Tanaman tidak bisa langsung memakai ion pupuk nitrogen untuk membentuk daun atau buah. Nitrat dan amonium dari Urea, ZA, atau pupuk nitrat harus diubah dulu menjadi asam amino dan protein di dalam sel lewat proses yang disebut asimilasi nitrogen seluler.

Memahami proses ini berguna bagi petani. Ia menjelaskan mengapa pupuk nitrogen butuh bantuan sinar matahari, mengapa sayuran bisa menimbun nitrat bila kekurangan molibdenum, dan bagaimana memupuk nitrogen secara efisien.

1. Dua bentuk nitrogen yang diserap akar: nitrat ($NO_3^-$) dan amonium ($NH_4^+$)

Akar menyerap nitrogen dalam dua bentuk ion anorganik yang perilakunya berlawanan:

1. Amonium ($NH_4^+$): cepat dan hemat energi: Amonium bermuatan positif dan harus segera diasimilasi di sel akar, karena amonium bebas yang menumpuk di sitoplasma bersifat racun (toksik) bagi sel. Keuntungannya, amonium tidak perlu direduksi sehingga menghemat energi karbohidrat tanaman.
2. Nitrat ($NO_3^-$): aman disimpan tetapi boros energi: Nitrat bermuatan negatif dan aman disimpan di vakuola tanpa meracuni jaringan, sehingga tanaman bisa menimbun cadangan nitrat dalam jumlah besar. Untuk menjadi protein, nitrat harus dibawa ke daun dan direduksi lewat beberapa reaksi yang memakai banyak energi ATP hasil fotosintesis.

2. Reduksi nitrat di daun

Sebelum dirangkai menjadi protein, nitrat harus diturunkan menjadi amonium dalam dua tahap enzim:

• Tahap 1, nitrat reduktase (NR): Di sitoplasma sel daun, enzim NR melepas satu atom oksigen sehingga nitrat ($NO_3^-$) menjadi nitrit ($NO_2^-$). Enzim ini membutuhkan unsur mikro molibdenum ($Mo$) sebagai kofaktor inti. Tanpa molibdenum, NR lumpuh dan nitrat menumpuk di daun.
• Tahap 2, nitrit reduktase (NiR): Nitrit segera masuk ke kloroplas dan diubah menjadi amonium ($NH_4^+$) oleh enzim NiR dengan bantuan besi ($Fe$).

3. Siklus GS-GOGAT membentuk protein

Setelah amonium tersedia di kloroplas, baik dari serapan langsung akar maupun hasil reduksi nitrat, tanaman memasukkannya ke kerangka karbon lewat siklus GS-GOGAT:

• Glutamin sintetase (GS): Enzim ini menggabungkan amonium dengan asam glutamat menjadi asam amino glutamin. Reaksinya membutuhkan magnesium ($Mg$) dan energi ATP.
• Glutamat sintase (GOGAT): Glutamin bereaksi dengan 2-oksoglutarat untuk membentuk asam glutamat baru.
• Dari siklus ini terbentuk 20 jenis asam amino yang kemudian dirangkai menjadi enzim metabolisme, klorofil, serta protein biji dan buah.

4. Cara memupuk agar asimilasi nitrogen berjalan baik

• Pastikan cukup sinar matahari: Nitrat reduktase bergantung pada energi yang dihasilkan saat daun terkena sinar matahari. Bila nitrogen berdosis tinggi diberikan saat mendung berkepanjangan, tanaman gagal mengasimilasi nitrat. Jaringan menjadi berair, lembek, dan mudah rebah serta diserang jamur blas.
• Cukupi molibdenum dan magnesium: Di tanah masam, molibdenum sering terikat kuat. Semprotkan pupuk mikro daun cair yang mengandung molibdenum ($Mo$) dan magnesium ($Mg$) (dosis 0,5 ml/liter air). Magnesium menjaga kelancaran sintesis enzim GS di kloroplas.

5. FAQ sains agronomi

Mengapa sayuran daun yang dipupuk nitrat berlebih sebaiknya tidak dipanen saat mendung?
Saat mendung atau pagi buta sebelum matahari terbit, aktivitas nitrat reduktase sangat rendah. Sayuran seperti bayam atau selada pun menimbun nitrat bebas dalam jumlah tinggi di daunnya, yang bisa mengganggu pencernaan bila dikonsumsi manusia dalam jumlah berlebih.