Genetik Pembentukan Nodul Akar Tanaman Kacang-Kacangan: Gen Nod

Gen-gen yang melangsungkan tahap-tahap spesifik dalam pembentukan nodul pada tumbuhan leguminosa oleh strain Rhizobium disebut gen nod. Beberapa gen nod dari spesies Rhizobium yang berbeda disimpan dan umumnya berada pada plasmid yang disebut plasmid sym. Sebagai tambahan pada gen nod yang langsung terlibat dalam nodulasi/pembentukan nodul, gen sym mengandung gen spesifisitas yang menahan strain Rhizobium pada tumbuhan inang tertentu.

Selanjutnya, kemampuan nodulasi pada tumbuhan leguminosa tertentu dapat dipindahkan antar spesies Rhizobium melalui pemindahan plasmid sym secara singkat. Sebagai contoh, ketika plasmid sym dari Rhizobium leguminosarum (yang memiliki inang kacang-tanah) dipindahkan ke Rhizobium trifolii (yang memiliki inang semanggi), sel spesies R. Trifolii akan efektif membentuk nodul pada kacang-tanah.

Yang menarik dalam hal ini, plasmid sym juga dapat dipindahkan di antara genera. Jika plasmid sym dipindahkan dari Rhizobium ke bakteri yang berhubungan erat, Agrobacterium, maka bakteri tersebut akan membentuk nodul, meskipun nodul tersebut tidak memfiksasi-nitrogen karena Agrobacterium tidak mampu untuk memfiksasi-nitrogen…..............................….dst).

DOWLOAD MAKALAH SELENGKAPNYA

Baca selengkapnya...

Tahapan Pembentukan Nodul Akar Pada Tanaman Kacang-Kacangan

Adapun tahapan pembentukan nodul akar pada tanaman kacang-kacangan akibat interaksi bakteri Rhizobium adalah sebagai berikut :

1). Pengenalan pasangan yang sesuai pada tumbuhan dan bakteri dan penempelan bakteri terhadap akar tumbuhan.

Di sekitar bulu-bulu akar kacang-kacangan terkumpul sejumlah besar bakteri Rhizobium baik secara alami (misal pada ladang kacang-kacangan) ataupun secara buatan (penambahan inokulan). Akibat terkumpulnya bakteri tersebut, bulu akar akan mengeluarkan triftopan, yang oleh bakteri diubah menjadi indol asetat. Kehadiran indol asetat menyebabkan bulu akar menjadi berkerut dan bakteri juga menghasilkan enzim yang dapat melarutkan senyawa pektat yang terdapat di dalam fibril (selulosa) kulit bulu akar, sehingga bakteri dapat menempel pada buluh akar.

2). Invasi bakteri ke dalam buluh akar dan terjadi ancaman infeksi.

Akibat adanya larutan pektat, bakteri Rhizobium kemudian berubah menjadi bulat dan kecil-kecil serta dapat bergerak. Senyawa pektat dapat berikatan dengan selulosa, sehingga dinding bulu akar menjadi tipis hingga dapat ditembus oleh bakteri Rhizobium.

3). Pembentukan bakteroid (sel bakteri perusak) dalam sel tumbuhan dan terjadi perkembangan ke keadaan penambatan-nitrogen

Di dalam bulu akar bakteri memperbanyak diri, kemudian memasuki bagian akar dengan membentuk benang infeksi, hingga koloni bakteri didapatkan pada setiap sel akar.

4). Berlangsungnya pembelahan bakteri dan sel tumbuhan, maka terbentuk nodul akar matur……………………..dst

DOWNLOAD MAKALAH SELENGKAPNYA

Baca selengkapnya...

Sintesis Asam Amino Pada Tumbuhan

Asam amino merupakan senyawa organik dengan ukuran molekulnya yang kecil, mempunyai gugus NH dan COOH sehingga dapat bersifat asam atau basa tergantung pada pH lingkungannya. Selain dua jenis gugus di atas, beberapa asam amino juga mengandung gugus SH, OH, atau CONH. Asam amino biasanya ditemukan berdiri sendiri (bebas) dalam sel atau bersenyawa dengan asam amino lain membentuk protein.

Tumbuhan dan mikroorganisme mampu mensintesis 20 asam amino standar, tetapi hewan tingkat tinggi dari kelompok mammalia tidak mampu mensintesis ke-20 asam amino tersebut. Oleh karena itu keperluan asam amino tersebut diperoleh dari jenis makanan yang dikonsumsinya. Asam amino yang tidak dapat disintesis tersebut termasuk ke dalam kelompok asam amino esensial, sedangkan sisanya yang dapat disintesis disebut asam amino non-

esensial.

Manusia tidak mampu mensintesis beberapa asam amino, yang termasuk ke dalam asam amino esensial, seperti Histidin (His), Isolesin (lie), Lesin (Leu), Lisin (Lys), Metionin (Met), Fenilalanin (Phe), Triptofan (Trp), Treonin (Thr), dan Valin (Val). Sedangkan yang termasuk dalam kelompok non-esensial adalah Alanin (Ala), Arginin (Arg), Asam aspartat (Asp), Asparagin (Asn), Sistein (Cys), Glutamin (Gin), Asam glutamat (Glu), Glisin (Gly), Prolin (Pro), Serin (Ser), dan Tirosin (Tyr).

Proses biosintesis asam amino bermacam-macam dan biasanya bervariasi antara satu organisme dengan organisme yang lain, tetapi semuanya memiliki ciri-ciri yang umum yaitu merupakan turunan dari suatu daur metabolisme seperti siklus asam sitrat, glikolisis atau pentosa phosfat. Berdasarkan hal ini, maka asam amino dapat dikelompokkan menjadi enam berdasarkan cara biosintesisnya yang tergantung dari siklus metabolisme mana kelompok asam amino tersebut di turunkan/disintesis.

Kelompok utama asam amino selalu dihasilkan dari proses transaminasi glutamat Meskipun demikian, sintesis asam amino asam glutamat, asam aspartat, dan alanin terjadi dari reaksi aminasi reduksi. Transaminasi merupakan reaksi dapat balik. Contoh reaksi transaminasi yang paling terkenal adalah transfer/pemindahan gugus amino antara glutamate dan oksaloasetat Pada suatu rangkaian percobaan yang telah dilakukan menunjukkan bahwa glutamat dapat memberikan gugus aminonya untuk pembentukan 17 asam amino yang berbeda. Tipe transaminasi yang lain adalah glutamin atau asparagin bertindak sebagai donor gugus amino.

Reaksi aminasi reduksi untuk pembentukan asam glutamat dari asam α- ketoglutarat memerlukan ion amonium. Reaksi ini dapat balik dan secara fisiologis penting dalam respirasi asam amino yang terbentuk selama penguraian protein. Pembentukan asam glutamat dikatalisis oleh enzim glutamat dehidrogenase dan prosesnya terjadi di mitokondria.  Asam aspartat dan alanin masing-masing terbentuk dari asam oksaloasetat dan asam piruvat

DOWNLOAD materi lengkap Metabolisme Nitrogen Pada Tumbuhan  dalam bentuk Microsoft Word disini!

Baca selengkapnya...

Proses Amonifikasi, Nitrifikasi Dan Denitrifikasi Bagi Tumbuhan

Proses Amonifikasi

Sebagian besar keberadaan N₂ di dalam tanah dalam bentuk molekul anorganik. Organisme yang sudah mati diuraikan melalui proses hidrolisis yang menyebabkan protein terurai menjadi asam amino. Proses ini disebut deaminasi. Proses selanjutnya, asam amino yang sudah terbentuk dikonversi menjadi ammonia (NH₃) dan proses ini disebut amonifikasi. Amonifikasi dibantu oleh beberapa mikroorganisme seperti bakteri dan jamur.

Amonia merupakan senyawa dalam bentuk gas, pada tanah yang kering mudah menguap, sebaliknya pada tanah yang lembab/basah ammonia terlarut dalam air dan membentuk ion ammonium (NH₄⁺ ). Selanjutnya ion amonium dapat digunakan oleh bakteri dan tumbuhan untuk sintesa asam amino.

Walaupun demikian, pemanfaatan nitrogen oleh kebanyakan tumbuhan umumnya dalam bentuk NO₃^- karena NH₄⁺ akan dioksidasi menjadi NO₃^- oleh bakteri nitrifikasi. Disamping itu ammonium/ammonia ini bersifat racun bagi tumbuhan dan dapat menghambat pembentukan ATP di kloroplas dan mitokondria.

Proses Nitrifikasi

Nitrifikasi merupakan proses oksidasi ion amonium menjadi nitrat (NO₃^-). Proses ini dilakukan oleh bakteri autotrof yang termasuk ke dalam genus Nitrosomonas dan Nitrobacter. Nitrosomonas akan mengoksidasi ion ammonium menjadi nitrit (NO₂^-) dan selanjutnya Nitrobacter akan mengoksidasi nitrit (NO₂^-) menjadi nitrat (NO₃^-).

Tumbuhan cenderung menggunakan nitrat (NO₃^-) sebagai sumber nitrogen untuk sintesa protein karena nitrat memiliki mobilitas yang lebih tinggi di dalam tanah dan lebih mudah terikat dengan akar tanaman daripada amonium. Meski sebenarnya ion amonium lebih efisien sebagai sumber nitrogen karena memerlukan lebih sedikit energi untuk sintesa protein, tetapi karena bermuatan positif maka lebih sulit dimanfaatkan karena sudah lebih dulu terikat oleh tanah lempung yang bermuatan negatif.

Proses Denitrifikasi

Dalam beberapa tahap selama berlangsungnya siklus nitrogen, terjadi pembebasan dan pengikatan N₂ bebas (atmospheric nitrogen). Terlepasnya N₂ bebas akibat suatu proses yang terjadi dalam siklus nitrogen disebut denitrifikasi, yang pada dasamya adalah konversi nitrat menjadi gas nitrogen. Beberapa spesies dalam genus Pseudomonas merupakan kelompok bakteri terpenting yang melaksanakan proses denitrifikasi dalam tanah.

Sejumlah jenis yang lain seperti Paracoccus, Thiobacillus, dan Bacillus juga mampu melakukan proses denitrifikasi. Bakteri-bakteri yang termasuk ke dalam kelompok ini adalah pada umumnya merupakan mikroorganisme yang aerob, tetapi pada kondisi anaerob mereka juga mampu menggunakan nitrat dalam situasi dimana oksigen berperan sebagai akseptor elektron akhir (anaerobic respiration). Proses denitrifikasi tidak menguntungkan bagi kesuburan tanah karena terjadi pembebasan N₂ ke atmosfer dari senyawa nitrat.

DOWNLOAD materi lengkap Metabolisme Nitrogen Pada Tumbuhan  dalam bentuk Microsoft Word disini!

Baca selengkapnya...

Reduksi Nitrat Pada Tumbuhan

Reaksi reduksi nitrat pada tumbuhan berlangsung melalui dua tahapan yaitu :

1). Reduksi nitrat membentuk senyawa nitrit.  Reaksi ini berlangsung di dalam plasma dengan bantuan. enzim nitrat reduktase (NR). Enzim ini merupakan enzim molibdoflavoprotein yang mampu mengatur kecepatan pembentukan protein pada tumbuhan yang menggunakan NO₃^- sebagai sumber nitrogennya.

2). Reduksi nitrit menjadi senyawa ammonium. Reaksi ini terjadi pada kloroplas (pada daun) atau pada proplastida (pada akar) dengan enzim nitrit reduktase sebagai katalisnya.

Reduksi nitrat yang dikatalis oleh enzim nitrat reduktase sangat tergantung dari aktivitas nitrat reduktase tersebut. Aktivitas nitrat reduktase ditentukan oleh konsentrasinya. Kadar NO₃^- yang tinggi dalam sel dan cahaya juga dapat memacu aktivitas enzim nitrat reduktase. Peranan cahaya terhadap aktivitas enzim nitrat reduktase dapat melalui beberapa cara, antara lain :

a). cahaya dapat mengaktifkan fotosintesis sehingga dihasilkan ATP untuk menggerakkan NO₃^- dari vakuola ke plasma.

b). cahaya mengaktifkan sistem fitokrom yang berperan menaikkan kemampuan ribosom membuat protein (termasuk enzim nitrat reduktase).

c). cahaya menginaktifkan protein yang bersifat inhibitor bagi enzim nitrat reduktase.

d). cahaya menaikkan penyediaan karbohidrat dan proses respirasi, dimana dari proses ini dihasilkan NADH yang diperlukan untuk proses reduksi.

DOWNLOAD materi lengkap Metabolisme Nitrogen Pada Tumbuhan  dalam bentuk Microsoft Word disini!

Baca selengkapnya...

Proses Pembentukan Bintil Akar Pada Tumbuhan Polong (Leguminosae)

Bintil akar adalah hasil simbiosis tanaman dari jenis Leguminosae dengan Rhizobium yang mampu melakukan penambatan N₂. Bintil akar terbentuk melalui serangkaian proses yang diawali kolonisasi bakteri Rhizobium pada rambut akar tanaman polong. Kolonisasi bakteri Rhizobium ini diduga bisa terjadi karena adanya suatu protein tanaman yang disebut "lektin" yang rnungkin berinteraksi dengan Rhizobium spesiifik sehingga memungkinkan tanaman untuk mengenal dan menerima tipe Rhizobium yang cocok.

Rhizobium masuk tumbuhan inang melalui rambut akar yang kemudian berubah bentuk karena substansi seperti hormon yang dihasilkan oleh bakteri. Kemudian bakteri bermigrasi ke dalam struktur seperti benang, memperbanyak diri yang pada akhirnya bakteri tersebut tersebar di sepanjang rambut akar sampai ke jaringan akar. Kolonisasi sel-sel akar dalam jaringan tanaman inang terjadi apabila bakteri dibebaskan dari benang infeksi dan hal ini melibatkan enzim pektinase dari Rhizobium dan selulase dari sel tanaman.

Dalam perkembangannya bakteri secara terus menerus mengalami modifikasi baik struktur maupun fungsi dan menjadi bakteroid yang kaya enzim nitrogenase, suatu enzim yang mampu mengikat/menambat nitrogen. Satu atau beberapa bakteroid dilindungi oleh struktur bermembran yang mungkin merupakan tempat terbentuknya pigmen merah, leghaemoglobin. Pigmen ini menentukan ciri warna bintil akar yang aktif menambat nitrogen. Bakteri simbiotik mampu mengikat nitrogen bebas bila memenuhi 3 persyaratan pokok seperti :

1. adanya bintil akar;

2. terjadinya diferenensiasi bakteri menjadi bakteroid;

3. menghasilkan leghaemoglobin

Selain hal tersebut di atas, faktor lingkungan juga dapat mempengaruhi penambatan nitrogen pada tanaman jenis legum seperti temperatur, kelembaban, air, salinitas, pH, nutrien dan adanya bakteri Rhizobium yang cocok.

Proses Penambatan Nitrogen Pada Bintil Akar

Proses tersebut membutuhkan sumber elektron dan proton, molekul ATP, kompleks enzim nitrogenase. Sumber elektron dan proton berasal dari karbohidrat yang ditranslokasikan dari daun kemudian di respirasikan oleh bakteri. Respirasi karbohidrat dalam bakteroid menyebabkan reduksi NAD⁺ menjadi NADH atau NADP⁺ menjadi NADPH dan juga terjadi reduksi flavodoksin. NADH, NADPH dan flavodoksin kemudian mereduksi feredoksin atau protein yang sama yang efektif mereduksi N₂ menjadi NH₄⁺.

NH₄⁺ yang terbentuk akan ditranslokasikan dari bakteroid sebelum dapat dimetabolisme dan digunakan oleh tanaman inang. Dalam sitosol sel-sel yang mengandung bakteroid, NH₄⁺ diubah menjadi glutamin, asam glutamat dan asparagin, sedangkan pada beberapa spesies tertentu NH₄⁺ dapat diubah menjadi senyawa-senyawa kaya nitrogen yang disebut ureida. Dua macam ureida pokok pada tanaman legum adalah allantoin dan asam allantoik.

Asparagin dan ureida, lewat sel transfer masuk ke dalam saluran xilem kemudian diangkut ke akar dan batang. Di sini senyawa-senyawa tersebut dipecah kembali menjadi NH₃⁺ dan secara cepat diubah menjadi asam-asam amino, amida dan protein.

DOWNLOAD materi lengkap Pembentukan BintilAkar Pada Tumbuhan Polong  dalam bentuk Microsoft Word disini!

Baca selengkapnya...

Peranan Nitrogen Bagi Makhluk Hidup

Nitrogen (N) diperlukan oleh semua organisme untuk sintesa protein, asam amino, asam nukleat dan senyawa organik lain yang mengandung N. Keberadaan nitrogen hampir 80% dari atmosfer dunia. Diduga setiap are tanah subur mengandung lebih dari 30.000 ton N₂. Karena sebagian besar keberadaan nitrogen dalam bentuk molekul gas, maka tidak satupun organisme eukaryotik mampu menggunakannya secara langsung.

Nitrogen harus bersenyawa dengan unsur lain seperti oksigen membentuk NO₃^- (ion nitrat) dan hidrogen membentuk NH₄⁺ (ion amonium) agar bisa dimanfaatkan oleh organisme. Kedua bentuk senyawa ion di atas dapat digunakan oleh organisme yang bersifat autotrof. Nitrogen yang terdapat dalam tanah sebagian besar berupa senyawa organik hasil pembusukan organisme (tumbuhan, hewan, dll). Sedangkan lainnya berasal dari pelarutan batuan, air hujan (dalam bentuk nitrat, amonia) serta aktivitas gunung berapi.

Beberapa proses kimia dan fisika dalam tanah, air dan udara, serta bersama-sama dengan aktivitas beberapa mikroorganisme tertentu memainkan peranan penting untuk menjaga keberadaan (pengasimilasian dan pengubahan) molekul nitrogen di alam dalam bentuk yang siap digunakan oleh tumbuhan dan organisme lainnya. Semua proses dan kejadian tersebut di atas berlangsung dalam suatu siklus yang disebut siklus nitrogen. Salah satu proses yang terjadi dalam siklus nitrogen adalah peristiwa penambatan (fiksasi) N₂.

Selama fase awal daur nitrogen, gas nitrogen dikonversi menjadi ammonia dengan bantuan mikroorganisme tertentu, yang prosesnya dikenal dengan istilah fiksasi nitrogen. Proses ini dapat dilakukan oleh dua jenis bakteri yang termasuk dalam kelompok bakteri non-simbiotik dan simbiotik. Bakteri pengikat N₂ yang non-simbiotik dalam populasinya yang tinggi ditemukan pada rhizosphere, daerah tempat terjadinya persentuhan antara akar dan tanah.

Azotobacter (bersifat aerob) adalah salah satu contoh bakteri yang non-simbiotik. Beberapa contoh yang lain adalah Beijerinckia (obligateaerob), Clostridium; C. fasteurianum (anaerob), Klebsiella, Enterobacter, Bacillus termasuk kelompok yang bersifat fakultative anaerob. Contoh dari jenis bakteri yang fotoautotrop adalah spesies tertentu yang termasuk dalam kelompok Rhodospirillum dan Chlorobium. Beberapa spesies yang tennasuk ke dalam Cyanobacteria (bersifat aerob) juga mampu mengikat N₂ bebas karena memiliki enzim nitrogenase dalam struktur khusus yang disebut heterocysts, yang memiliki kondisi anaerob untuk fiksasi.

Semua kelompok bakteri di atas memberikan kontribusi penting untuk penyediaan nitrogen pada daerah hutan basah, padang rumput dan daerah tundra. Penambatan nitrogen secara simbiotik memiliki peranan yang sangat penting untuk pertumbuhan tanaman produksi. Beberapa jenis bakteri dari genus Rhizobium dan Bradyrhizohuim dapat melakukan penambatan gas nitrogen dengan cara bersimbiosis dengan tanaman polong-polongan (Leguminosae), seperti kedelai, buncis, kacang tanah, kacang ijo, alfalfa (sejenis tanaman polong untuk makanan kuda dan sapi di USA) dan semanggi.

DOWNLOAD materi lengkap Metabolisme Nitrogen Pada Tumbuhan  dalam bentukMicrosoft Word disini!

Baca selengkapnya...