Makalah Nitrogen [PDF]

Citation preview

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ........................................................................................................ i DAFTAR ISI ...................................................................................................................... ii



BAB. I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ....................................................................................... 1 1.2 Rumusan masalah................................................................................................. 2 1.3 Tujuan penelitian .................................................................................................. 2



BAB . II PEMBAHASAN 2.1 Nitrogen ............................................................................................................... 3 2.1.1 Nitrogen Dan Sumber Nitrogen (N2) .......................................................... 3 2.1.2 Siklus Nitrogen .......................................................................................... 4 2.1.3 Proses-proses dalam Siklus Nitrogen ......................................................... 6 2.1.4 Asimilasi Sulfat ......................................................................................... 14 2.1.5 Peranan Nitrogen Dan Sulfur .................................................................... 17 2.1.6 Defiensi Unsur Nitrogen Dan Belerang ................................................... 18



3.1 Mineral .............................................................................................................. 19 3.1.1 Definisi Dan Klasifikasi ........................................................................... 19 3.1.2 Jenis Dan Macam Mineral Beserta Mekanisme Kerja .............................. 21 3.1.3 Interaksi Mineral ...................................................................................... 30 3.1.4 Faktor Mineral .......................................................................................... 31



BAB. III KESIMPULAN DAN SARAN



1



4.1 Kesimpulan ....................................................................................................... 33 4.2 Kritik Dan Saran ............................................................................................... 33



DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................... 34



2



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Asimilasi nitrogen dan sulfur membutuhkan serangkaian reaksi biokimia yang komplek yang membutuhkan energi. Asimilasi kation melibatkan pembentukkan komplek dengan senyawa organik. Pada makalah



ini diulas



mengenai reaksi primer untuk asimilasi dua unsur hara utama nitrogen dan sulfur. Nitrogen merupakan elemen yang sangat esensial, menyusun bermacammacam persenyawaan penting, baik organik maupun anorganik. Nitrogen menempati porsi 1-2 % dari berat kering tanaman. Ketersediaan nitrogen dialam berada dalam beberapa bentuk persenyawaan, yaitu berupa N2 (72 % volume udara), N2O, NO, NO2, NO3 dan NH4+. Di dalam atanah, lebih dari 90% nitrogen adalah dalam bentuk N-organik. Dalam makalah iniakan dibahas tentang nitrogen dan mineral. Nitrogen adalah salah satu unsur golongan VA yang merupakan unsur nonlogam dan gas yang paling banyak di atmosfir bumi. Nitrogen terdapat dalam bentuk unsur bebas di udara (78% volume), sebagai ammonia yang berasal dari senyawa–senyawa nitrogen, serta dalam beberapa mineral, seperti kalium nitrat. Nitrogen merupakan unsur yang relatif stabil, tetapi membentuk isotop–isotop yang 4 diantaranya bersifat radioaktif. Mineral sebagai zat gizi belum banyak disadari manfaatnya oleh sebagian besar masyarakat. Kecukupan akan mineral dalam komposisi pangan belum dipahami sebaik kecukupan akan kalori, protein atau vitamin. Bahkan sebagian masyarakat awam ada yang menganggap bahwa mineral telah terdapat dalam protein atau vitamin. Makanan pokok berupa beras untungnya mengandung berbagai mineral yang bermanfaat bagi tubuh sehingga kekurang pahaman masyarakat akan mineral telah terpenuhi sebagian dari konsumsi beras sehari-hari (Indrasari, 2006).



3



Unsur mineral merupakan salah satu komponen yang sangat diperlukan oleh makhluk hidup di samping karbohidrat, lemak, protein, dan vitamin, juga dikenal sebagai zat anorganik atau kadar abu. Sebagai contoh, bila bahan biologis dibakar, semua senyawa organik akanrusak; sebagian besar karbon berubah menjadi gas karbon dioksida (CO2), hidrogen menjadi uap air, dan nitrogen menjadi uap nitrogen (N2) (Arifin, 2088). 1.2 Rumusan masalah a. Apa itu metabolisme nitrogen ? b. Apa yang dimaksud dengan siklus nitrogen ? c. Bagaimana proses yang terjadi pada siklus nitrogen ? d. Apakah yang dimaksud dengan mineral? e. Bagaimana klasifikasi mineral? f. Bagaimana peran mineral bagi tubuh manusia?



1.3 Tujuan a. Mahasiswa dapat mengetahui pengertian metabolisme nitrogen. b. Mahasiswa dapat menjelaskan siklus nitrogen. c. Mahasiswa dapat menjelaskan proses-proses yang terjadi pada siklus nitrogen. d. Mahasiswa dapat mengetahui pengertian mineral. e. Mahasiswa mengetahui klasifikasi mineral. f. Mahasiswa mengetahui peran mineral bagi tubuh manusia.



4



BAB II PEMBAHASAN 2.1



NITROGEN



2.1.1



Metabolisme Dan Sumber Nitrogen (N2) Nitrogen merupakan unsur makro yang penting, tetapi unsur ini terdapat



dalam jumlah yang sedikit didalam tanah sedangkan yang diangkat tanaman cukup banyak. Sumber nitrogen untuk tanaman adalah N2 atmosfer. Dalam bentuk N2 nitrogen tidak dapat langsung dimanfaatkan tanaman dan terlebih dahulu dirubah menjadi nitrat atau amonium melalui proses tertentu sehingga tersedia bagi tanaman. Nitrogen bebas dapat ditambat/difiksasi terutama oleh tumbuhan yang berbintil akar (misalnya jenis polongan) dan beberapa jenis ganggang. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat/ petir. Sebagian besar nitrogen yang terdapat di dalam organisme hidup berasal dari penambatan (reduksi) oleh mikro organisme prokariot. Sebagian diantaranya terdapat di akar tumbuhan tertentu atau dari pupuk hasil penambatan secara industry. Sejumlah kecil nitrogen pindah dari atmosfer ke tanah sebagai NH4+ dan NO3- bersama air hujan dan diserap oleh akar. NH4+ ini berasal dari pembakaran industry, aktivitas gunung berapi dan kebakaran hutan sedangkan NO3- berasal dari oksidasi N2 oleh O2 atau ozon dengan bantuan kilat atau radiasi ultraviolet, sumber lain NO3- adalah samudera. Beberapa mikroba seperti asam laktat membutuhkan asam amino tertentu yang tidak dapat disintesisnya. Oleh sebab itu berbagai sumber amino nitrogen yang relatif mahal seperti tepung kedelai, tepung ikan, dan tepung kacang tanah sering digunakan. Serealia yang dimasak dan ditumbuk (malt barley) biasanya mengandung banyak gula dan asam amino untuk pertumbuhan mikroba, karena amilase dan protease asam amino sebagai laktalbumin dan laktaoglobulin. Suatu saat mungkin digunakan pula limbah dari tempat pemotongan.



5



Penyerapan NO3- dan NH4+ oleh tumbuhan memungkinkan tumbuhan untuk membentuk berbagai senyawa nitrogen terutama protein. Pupuk, tumbuhan mati, mikroorganisme, serta hewan merupakan sumber penting nitrogen yang dikembalikan ke tanah tapi sebagaian besar nitrogen tersebut tidak larut dan tidak segera tersedia bagi tumbuhan. 2.1.2



Siklus Nitrogen Siklus nitrogen adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung



unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen secara khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat Metabolisme Nitrogen 4 proses ekosistem kunci, termasuk produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan pelepasan nitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus nitrogen global. Sebagian besar nitrogen yang terdapat di dalam organisme hidup berasal dari penambatan (reduksi) oleh mikro organisme prokariot. Sebagian diantaranya terdapat di akar tumbuhan tertentu atau dari pupuk hasil penambatan secara industry. Sejumlah kecil nitrogen pindah dari atmosfer ke tanah sebagai NH4+ dan NO3- bersama air hujan dan diserap oleh akar. NH4+ ini berasala dari pembakaran industry, aktivitas gunung berapi dan kebakaran hutan sedangkan NO3- berasal dari oksidasi N2 oleh O2 atau ozon dengan bantuan kilat atau radiasi ultraviolet, sumber lain NO3adalah samudera. Penyerapan NO3- dan NH4+ oleh tumbuhan memungkinkan tumbuhan untuk membentuk berbagai senyawa nitrogen terutama protein. Pupuk, tumbuhan mati, mikroorganisme, serta hewan merupakan sumber penting nitrogen yang dikembalikan ke tanah tapi sebagaian besar nitrogen tersebut tidak larut dan tidak segera tersedia bagi tumbuhan.



6



Pengubahan nitrogen organic menjadi NH4+ oleh bakteri dan fungi tanah disebut



Amonifikasi



yang



dapat



berlangsung



oleh



berbagai



macam



mikroorganisme pada suhu dingin dan pada berbagai nilai pH. Selanjutnya pada tanah yang hangat dan lembab dan ph sekitar netral NH4+ akan dioksidasi menjadi nitrit (NO2) dan NO3- dalam beberapa hari setelah pembentukkannya atau penambahannya sebagai pupuk disebut dengan Nitrifikasi yang berguna dalam menyediakan energi bagi kelangsungan hidup dan perkembangan mikroba tersebut. Selain itu terdapat pula denitrifikasi yaitu suatu proses pembentukan N2, NO, N2O dan NO2 dari NO3- oleh bakteri aneorobik yang berlangsung di dalam tanah yang penetrasi O2- nya terbatas, tergenang, padat dan daerah dekat pemukiman tanah yang konsentrasi O2 nya rendah karena penggunaannya yang cepat dalam oksidasi bahan organik. Tumbuhan kehilangan sejumlah kecil nitrogen ke atmosfer sebagai NH3, N2O, NO2, dan NO terutama jika diberi pupuk nitrogen dengan baik. Nitrat sangat mudah larut dlm tanah sehingga cepat hilang krn proses pembusukan. Taraf ketersediaan nitrogen dlm tanah tergantung pada banyaknya bahan organik, populasi jasad renik, tingkat pembasuhan. Dlm keadaan alami terjadi keseimbangan antara laju pertumbuhan dan gaya-gaya yg menentukan penyediaan nitrogen dlm tanah. Pemanenan menyebabkan terkurasnya nitrogen krn pengambilan bahan organik dan erosi. Hal ini menyebabkan pertanian intensif sangat tergantung pada tambahan pupuk nitrogen. Awalnya nitrogen berasal dari sumber organik, terutama guano (kotoran burung). Saat ini nitrogen dibuat menurut proses Haber- Bosch: nitrogen + hidrogen amoniak.



7



2.1.3



Proses-Proses dalam Siklus Nitrogen



Gambar 2.1 Siklus nitrogen



Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk nitrogen organik, amonium (NH4+), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), dan gas nitrogen (N2). Nitrogen organik dapat berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk antara dekomposisi bahan organik atau humus dibangun. Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Diagram di atas menunjukkan bagaimana proses-proses cocok bersama untuk membentuk siklus nitrogen.



1. Fiksasi Nitrogen Proses reduksi N2 menjadi NH4+ dinamakan penambatan nitrogen. Proses ini dilakukan oleh mikroorganisme prokariot. Penambat N2 yang penting mencakup bakteri tanah yan hidup bebas di permukaan tanah atau di dalam air, sianobakteri yang bersimbiosis dengan fungi pada lumut atau dengan pakis, lumut, dan lumut hati, dan bakteri mikroba lainnya yang berasosiasi secara simbiotik dengan akar, khususnya tumbuhan kacangan. Mereka berperan besar pada rantai makanan di hutan, gurun , lingkungan air tawar dan laut, bahkan di daerah kutub utara. Aktivitas akar tumbuhan, baik melalui pengeluaran nitrogen dari bintil akar dan bahkan seluruh tumbuhan oleh mikroba. Sumbangan ini penting dalam pertanian, misalnya campuran kacangan dan rumputan sering



8



digunakan pada padang penggembalaan. Pada tumbuhan yang tidak mempunyai akar akan menyerap nitrogen dalam bentuk NO3- karena NH4+ akan dioksidasi menjdi NO3- oleh bakteri nitrifikasi. Fiksasi nitrogen simbiotik dilakukan oleh bakteri Rhizobium



yang



bersimbiosis dengan tanaman kacang-kacangan. Infeksi sistem perakaran berkaitan erat dengan pembentukan “benang infeksi” pada rambut-rambut akar tertentu oleh bakteri tersebut. Bakteri penambat nitrogen itu masuk ke dalam selsel tanaman inang melaui benang terinfeksi tersebut. Beberapa sel tanaman itu menjadi terinfeksi diikuti dengan pembelahan sel serta meningkatnya laju pembelahan sel, ini akan menghasilkan pembentukan nodul (bintil) pada sistem perakaran.



Tahapan pembentukan bintil akar tersebut sebagai berikut, : 1. Bakteri menginfeksi bulu akar. 2. Enzim dari bakteri merombak dinding sel sehingga bakteri dapat masuk ke bulu akar membentuk struktur lir- benang yang di sebut benang infeksi yang terdiri dari membran plasmalurus dan memenjang dari sel yang terserang. 3. Bakteri membelah dengan cepat di dalam benang yang menjalar , masuk dan menembus sel korteks . 4. Pada sel korteks sebelah dalam, bakteri dilepas ke sitoplasma dan merangsang sel (khususnya sel tetraploid) untuk membelah, yang menyebabkan proliferasi jaringan membentuk bintil akar dewasa.



9



Gambar 2.2 Perkembangan bintil akar di kedelai



Setiap bakteri yang membesar dan tidak bergerak disebut bakteroid. Bakteroid biasanya berada di sitoplasma secara berkelompok dan masing-masing dikeliingi oleh membran peribakteroid. Antara membran bakteroid dan kelompok bakteroid terdapat daerah yang disebut ruang peribakteroid. Di luar ruang peribakteroid, di sitoplasma terdapat protein yang dinamakan leghemoglobin, yang menyebabkan bintil kacangan warnanya merah muda. Dan diperkirakan leghemoglobin mengangkut O2 untuk bakteri. Penambatan Nitrogen di bintil akar terjadi secara langsung di dalam bakteroid. Tumbuhan inang menyediakan karbohidrat bagi bakteroid, yang akan dioksidasi sehingga diperoleh energi. Beberapa elektron dan ATP yang diperoleh selama oksidasi di bakteroid digunakan untuk mereduksi N2 menjadi NH4+.



Reaksi penambatan nitrogen secara keseluruhan adalah sebagai berikut, : N2+ 8 e- + 16Mg ATP +16H2O→2NH3 + H2 + 16Mg ATP + 16 Pi + 8H+ Enzim yang diperlukan adalah enzim nitrogenase Tahapannya adalah sebagai berikut, : 1. Respirasi karbohidrad pada bakteroid menyebabkan reduksi NAD menjadi NADH atau NADP menjadi NADPH. Oksidasi piruvat selama respirasi menyebabkan reduksi flavodoksin.



10



2.



Kemudian Flavoduksin,



NADH



atau



NADPH



mereduksi



feredoksin.



Nitrogenase menerima elektron dari flavodoksin tereduksi, feredoksin atau bahan pereduksi efektif lainnya saat mengkatalisis penambatan N2. Netrogenase terdiri dari dua protein yang berlainan, yaitu protein Fe dan Protein Fe-Mo. Protein Fe mengandung 4 atom besi sementara protein Fe-Mo mempunyai



atom



molibdenum



dan



28



atom



besi.



Baik molebdenun ataupun besi menjadi tereduksi, kemudian dioksidasi saat nitrogenase menerima elektron dari feredoksin dan mengangkutnya ke N2 untuk membentuk NH4. NH4 diangkut keluar dari bakteroid dan digunakan oleh tumbuhan inang. Di sitosol, yang mengandung bakteroid (bagian luar membran peribakteroid) NH4 diubah menjadi glutamin, asam glutamat, asparagin, dan ureida (alantoin dan asam alantoat). Mikroorganisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara lain : Cyanobacteria, Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia. Selain itu ganggang hijau biru juga dapat memfiksasi nitrogen. Beberapa tanaman yang lebih tinggi, dan beberapa hewan (rayap), telah membentuk asosiasi (simbiosis) dengan diazotrof. Selain dilakukan oleh mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi pada proses non-biologis, contohnya sambaran petir. Lebih jauh, ada empat cara yang dapat mengkonversi unsur nitrogen di atmosfer menjadi bentuk yang lebih reaktif : a. Fiksasi biologis:



beberapa bakteri simbiotik (paling sering dikaitkan



dengan tanaman polongan) dan beberapa bakteri yang hidup bebas dapat memperbaiki nitrogen sebagai nitrogen organik. Sebuah contoh dari bakteri pengikat nitrogen adalah bakteri Rhizobium mutualistik, yang hidup dalam nodul akar kacang-kacangan. Spesies ini diazotrophs. Sebuah contoh dari hidup bebas bakteri Azotobacter.



11



b. Industri fiksasi nitrogen : Di bawah tekanan besar, pada suhu 600 C, dan dengan penggunaan katalis besi, nitrogen atmosfer dan hidrogen (biasanya berasal dari gas alam atau minyak bumi) dapat dikombinasikan untuk membentuk amonia (NH3). Dalam proses Haber-Bosch, N2 adalah diubah bersamaan dengan gas hidrogen (H2) menjadi amonia (NH3), yang digunakan untuk membuat pupuk dan bahan peledak. c. Pembakaran bahan bakar fosil : mesin mobil dan pembangkit listrik termal, yang melepaskan berbagai nitrogen oksida. d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.



Faktor-faktor yang dapat meningkatkan penambatan nitrogen antara lain : a.



Faktor Lingkungan Mencakup kelembaban yang cukup, suhu hangat, sinar matahari yang



terang, konsentrasi CO2 yang tinggi. b.



Faktor Genetik Mencakup proses pengenalan yang dikendalikan secara genetis antara



spesies bakteri dan spesies atau varietasi tumbuhan kacangan dan kemampuan nitrogenase dari semua organisme untuk mereduksi H+ dan persaingan dengan N2 serta tahap pertumbuhan Pada dasarnya jumlah terbesar yang ditambah oleh tumbuhan asli tahunan dan tumbuhan kacangan pada pertumbuhan adalah saat perkembangan reproduksi. 2. Asimilasi Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik dalam bentuk ion nitrat atau ion amonium. Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari tanaman yang mereka makan. Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut akarnya. Jika nitrat diserap, pertamatama direduksi menjadi ion nitrit dan kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tanaman yang memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen dapat berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung dari nodul. Hewan, jamur, dan organisme heterotrof lain



12



mendapatkan nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil. Asimilasi merupakan Penyerapan dan penggabungan dengan unsur lain membentuk zat baru dengan sifat baru. Senyawa Nitrat (NO3- ) diserap oleh tumbuhan mengalami proses asimilasi menjadi bahan penyusun organ pada tumbuhan. 3. Amonifikasi Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur. Proses reduksi nitrat adalah pengubahan nitrit menjadi NH4.Tahapan reduksi nitrit menjadi ammonium adalah sebagai berikut: Di daun, reduksi NO2 menjadi NH4 memerlukan enam elektron yang diambil dari H2O pada sistem pengangkutan elektron non siklik, pada kloroplas selama pengangkutan elektron ini, cahaya mendorong pengangkutan elektron dari H2O ke ferodksin (Fd). 3H2O + 6Fd + cahaya ———— 15 O2 + 6H + 6Fd Kemudian ferodoksin tereduksi memberikan 6 elektron yang digunakan untuk



mereduksi



NO2



menjadi



NH4,



reaksinya



sebagai



berikut,:



NO2 + 6Fd (Fe ) + 8H ——— NH4 + 6Fd (Fe ) + H2O Sehingga keseluruhan proses reduksi nitrit menjadi amonia adalah sebagai berikut: NO2 + 3H2O + 2H + cahaya —— NH4 + 1,5 O2 + 2H2O 4. Nitrifikasi Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri yang hidup di dalam tanah dan bakteri nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi, bakteri nitrifikasi seperti spesies Nitrosomonas mengoksidasi amonium (NH4+) dan mengubah amonia menjadi nitrit (NO2-). Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter, bertanggung jawab untuk oksidasi nitrit menjadi dari nitrat (NO3-). Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman.



13



Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini : 1. NH3 + CO2 + 1.5 O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O + H+ 2. NO2- + CO2 + 0.5 O2 + Nitrobacter → NO33. NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e− 4. NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e note : "Karena kelarutannya yang sangat tinggi, nitrat dapat memasukkan air tanah. Peningkatan nitrat dalam air tanah merupakan masalah bagi air minum, karena nitrat dapat mengganggu tingkat oksigen darah pada bayi dan menyebabkan sindrom methemoglobinemia atau bayi biru. Ketika air tanah mengisi aliran sungai, nitrat yang memperkaya air tanah dapat berkontribusi untuk eutrofikasi, sebuah proses dimana populasi alga meledak, terutama populasi alga biru-hijau. Hal ini juga dapat menyebabkan kematian kehidupan akuatik karena permintaan yang berlebihan untuk oksigen. Meskipun tidak secara langsung beracun untuk ikan hidup (seperti amonia), nitrat dapat memiliki efek tidak langsung pada ikan jika berkontribusi untuk eutrofikasi ini." 5. Denitrifikasi Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk kembali menjadi gas nitrogen (N2), untuk menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini dilakukan oleh spesies bakteri seperti Pseudomonas dan Clostridium dalam kondisi anaerobik. Contohnya Pseudomonas denitrifikans.Mereka menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron di tempat oksigen selama respirasi. Fakultatif anaerob bakteri ini juga dapat hidup dalam kondisi aerobik.



Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui beberapa kombinasi dari bentuk peralihan sebagai berikut: NO3− → NO2− → NO + N2O → N2 (g) Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai reaksi redoks: 2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O



14



6. Oksidasi Amonia Anaerobik Dalam proses biologis, nitrit dan amonium dikonversi langsung ke elemen (N2) gas nitrogen. Proses ini membentuk sebagian besar dari konversi nitrogen unsur di lautan. Reduksi dalam kondisi anoxic juga dapat terjadi melalui proses yang disebut oksidasi amonia anaerobik NH4+ + NO2− → N2 + 2 H2O



Tumbuhan membutuhkan nitrogen dalam jumlah yang banyak karena merupakan penyusun utama komponen sel tumbuhan yaitu asam amino. Tumbuhan yang sedang dalam pertumbuhan hanya mengandung sedikit nitrat atau ammonia. Tanaman mengabsorpsi nitrogen dalam bentuk nitrat (NO3‾), walaupun ternyata ammonium (NH4+) dapat juga langsung diabsorpsi tanaman. Efisiensi relatif absorpsi ammonium dan nitrat dipengaruhi oleh pH (keasaman) tanah atau mungkin sistem pengambilan haranya yang berbeda. Reduksi nitrat menjadi nitrat pada proses asimilasi dalam tumbuhan dibantu dengan adanya enzim nitrat reduktase yang berupa flavoprotein yang diatur oleh komponen logamnya yakni molibdenum. Nitrogenase merubah gas N2 menjadi ammonia dalam mikroba pengikat N. reduksi nitrat merupakan suatu proses enzimatik yang memerlukan energi. Ion hidrogen dan energi diperoleh dari respirasi aerobik. Nitrat direduksi di dalam akar (pada tanaman apel) dan di bagian pucuk yang terkena sinar (pada tanaman tomat). Nitrogen ammonium diharapkan lebih cepat terpakai dalam sintesis protein. Tanaman leguminosa baik herba maupun perdu/pohon mempunyai kemampuan mengikat N2 udara (bentuk N yang tidak tersedia bagi tanaman) dan mengubahnya menjadi bentuk N yang tersedia bila bersimbiose dengan bakteri Rhizobium. Jumlah N2 yang ditambat bervariasi tergantung spesies leguminosa dan lingkungan tempat tumbuhnya. Contohnya tanaman tomat yang dipakai dalam percobaan ini. Gejala defisiensi nitrogen antara lain daun berwarna kuning pucat, ruas lebih pendek, pertumbuhan daun semakin lambat, batang lebih pendek dan kurus, akar lebih panjang, tapi lebih kecil, jika defisiensi berkelanjutan, ujung daun dan daun yang terbawah menjadi nekrosis.



15



Tanaman memerlukan suplai nitrogen pada semua tingkat pertumbuhan, terutama pada awal pertumbuhan. Tumbuhan menyerap unsur N dalam bentuk ion NO3- dan (NH4+). Peran unsur nitrogen, sebagai unsur utama adalah meningkatkan



produksi



dan



kualitasnya,



untuk



pertumbuhan



vegetatif



(pertumbuhan tunas, daun, batang), pertumbuhan vegetatif berarti mempengaruhi produktivitas 2.1.4



Asimilasi Sulfat Sulfur adalah komponen asam amino yang dibutuhkan untuk sintesis



protein. Beberapa organisme dapat memperoleh sulfur melalui asimilasi reduksi sulfat, sebagian lagi memperoleh sulfur melalui reduksi senyawa sulfur seperti H. Sulfur adalah nutrisi utama bagi semua organisme. Tumbuhan memiliki keanekaragaman hayati yang tinggi, metabolization dan akumulasi sulfur sehingga ada potensi untuk menggunakan tanaman untuk fitoremediasi situs belerang-diperkaya. Sebuah survei tanah diperkaya dengan sulfur baik secara alami atau aktivitas manusia menunjukkan bahwa surplus sulfur sebagian besar disertai dengan surplus unsur kimia lainnya yang dapat membatasi fitoremediasi karena terjadi co-elemen lebih beracun untuk tanaman dari belerang. Selain itu, akumulasi unsur-unsur lain, membuat bahan tanaman (nabati ekstraksi) kurang cocok untuk digunakan sebagai pakan ternak dan untuk konsumsi manusia. Sulfur (S) asimilasi oleh tumbuhan memainkan peran penting dalam siklus S di alam, dan metabolisme S berasimilasi menyediakan berbagai senyawa yang bermanfaat bagi hewan, termasuk manusia. Sangat penting untuk memahami mekanisme yang terlibat dalam metabolisme S sistemik dalam rangka meningkatkan tanaman agronomi dan produksi tanaman makanan dan Studi-studi ini dapat dianggap sebagai studi kasus penting yang memberikan informasi mengenai mekanisme peraturan rumit yang terlibat dalam metabolisme tanaman.



16



Tanaman mengandung berbagai macam senyawa sulfur organik yang memainkan peran penting dalam fisiologi dan perlindungan terhadap stres lingkungan dan hama. Senyawa sulfur juga sangat penting untuk kualitas makanan dan untuk produksi nabati. Sulfur merupakan salah satu dari enam unsur hara makro yang diperlukan oleh tanaman dan ditemukan dalam bentuk asam amino Cys dan Met dalam berbagai metabolit. Sebagai bagian dari molekul Cys, kelompok belerang, yang disebut tiol, sangat nukleofilik (elektron-menyumbang), sehingga cocok untuk proses redoks biologis. Saat teroksidasi, dua molekul Cys dapat membentuk ikatan kovalen yang disebut ikatan disulfida, yang mudah rusak oleh reduksi untuk membentuk dua kelompok tiol. Sulfur tersedia bagi tanaman terutama dalam bentuk sulfat anionik (SO42-) hadir di tanah. Hal ini aktif diangkut ke dalam akar dan kemudian didistribusikan ke seluruh bagian tanaman. Sulfat dalam tanah terutama berasal dari pelapukan batuan. Sulfat yang ada di atmosfer berasal dari industri. Gas sulfur dioksida (SO2) ini mudah diserap dan diasimilasi oleh daun. a. Aliran Materi pada Siklus Sulfur Siklus sulfur merupakan contoh aliran materi tipe sedimenter. 1. Aliran materi pada siklus sulfur dimulai dari pembentukan sulfur pada kerak bumi dan atmosfer hingga melalui proses makan dan dimakan 2. Tumbuhan menyerap unsur sulfur dalam bentuk Sulfat (SO4) 3. Aliran materi berkaitan erat dengan aliran energi. 4. Aliran materi juga terjadi di dalam sel makhluk hidup. 5. Aktivitas manusia juga dapat mempengaruhi aliran materi



17



Gambar 2.3 Aliran materi dalam Siklus Sulfur



Sulfur terdapat dalam bentuk sulfat anorganik. Sulfur direduksi oleh bakteri menjadi sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur dioksida atau hidrogen sulfida. Hidrogen sulfida (H2S) ini seringkali mematikan mahluk hidup di perairan dan pada umumnya dihasilkan dari penguraian bahan organik yang mati. Tumbuhan menyerap sulfur dalam bentuk sulfat (SO4). Perpindahan sulfat terjadi melalui proses rantai makanan, lalu semua mahluk hidup mati dan akan diuraikan komponen organiknya oleh bakteri. Beberapa jenis bakteri terlibat dalam daur sulfur, antara lain Desulfomaculum dan Desulfibrio yang akan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk hidrogen sulfida (H2S). Kemudian H2S digunakan bakteri fotoautotrof anaerob seperti Chromatium dan melepaskan sulfur dan oksigen. Sulfur di oksidasi menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrof seperti Thiobacillus. Selain proses tadi, manusia juga berperan dalam siklus sulfur. Hasil pembakaran pabrik membawa sulfur ke atmosfer. Ketika hujan terjadi, turunlah hujan asam yang membawa H2SO4 kembali ke tanah. Hal ini dapat menyebabkan perusakan batuan juga tanaman.



18



Dalam daur belerang, mikroorganisme yang bertanggung jawab dalam setiap trasformasi adalah sebagai berikut : 1. H2S → S → SO4 bakteri sulfur tak berwarna, hijau dan ungu. 2. SO4 → H2S



(reduksi sulfat anaerobik), bakteri Desulfovibrio.



3. H2S → SO4



(Pengoksidasi sulfide aerobik); bakteri Thiobacilli.



4. S organik → SO4+ , H2S, masing-masing mikroorganisme heterotrofik aerobik dan anaerobik.



2.1.5



Peranan Nitrogen dan Sulfur



1.



Peranan Nitrogen Ada



beberapa



peranan



nitrogen



terhadap



pertumbuhan



tanaman



diantaranya adalah memacu pertumbuhan tanaman secara umum terutama pada fase vegetative, berperan dalam pembentukan klorofil, dan merangsang perkembangbiakan mikroorganisme. Peranan nitrogen dalam tanaman yaitu mensintesis karbohidrat menjadi protein dan protoplasma (melalui mekanisme respirasi) yang berperan dalam pembentukan jaringan vegetatif tanaman. Sedangkan peranan nitrogen dalam tanah yaitu nitrogen diserap tanaman dalam bentuk nitrat (NO3) dan ammonium (NH4), akan tetapi nitrat akan segera tereduksi menjadi amonium melalui enzim yang mengandung Mo. Amonium merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang hidup di tanah masam, terutama tanah humus, nitrat, merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang hidup di tanah netral atau basa selanjutnya organic. Nitrogen udara merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang bersimbiosis dengan organisme penambat nitrogen.



19



2.



Peranan Sulfur Pada umumnya belerang dibutuhkan tanaman dalam pembentukan asam-



asam amino sistin, sistein, dan metionin. Disamping itu S juga merupakan bagian dari biotin, tiamin, ko-enzim A dan glutationin. Diperkirakan 90% S dalam tanaman ditemukan dalam bentuk asam amino, yang salah satu fungsi utamanya adalah penyususn protein yaitu dalam pembentukan ikatan disulfide antara rantairantai peptide. Belerang merupakan bagian (constituent) dari hasil metabolisme senyawa-senyawa kompleks. Belerang juga berfungsi sebagai activator, kofaktor atau regulator enzim dan berperan dalam proses fisiologi tanaman. Selain fungsi yang dikemukakan di atas, peranan S dalam pertumbuhan dan metabolisme tanaman sangat banyak dan penting, diantaranya (1) merupakan bagian penting dari ferodoksin, suatu complex Fe dan S yang terdapat dalam kloroplas dan terlibat dalam reaksi oksidoreduksi dengan transfer elektron serta dalam reduksi nitrat dalam proses fotosintesis, (2) S terdapat dalam senyawa-senyawa yang mudah menguap yang menyebabkan adanya rasa dan bau pada rumput-rumputan dan bawang-bawangan. Belerang dikaitkan pula dengan pembentukan klorofil yang erat hubungannya dengan proses fotosintesis dan ikut serta dalam beberapa reaksi metabolisme seperti karbohidrat, lemak, dan protein. Belerang juga dapat merangssang pembentukan akar dan



2.1.6



Defisiensi Unsur Nitrogen dan Belerang



Kekurangan unsur hara Nitrogen (N) 1. Warna daun hijau agak kekuning-kuningan dan pada tanaman padi warna ini mulai dari ujung daun menjalar ke tulang daun selanjutnya berubah menjadi kuning lengkap, sehingga seluruh tanaman berwarna pucat kekuning-kuningan. Jaringan daun mati dan inilah yang menyebabkan daun selanjutnya menjadi kering dan berwarna merah kecoklatan. 2. Pertumbuhan tanaman lambat dan kerdil 3. Perkembangan buah tidak sempurna atau tidak baik, seringkali masak sebelum waktunya



20



4. Dapat menimbulkan daun penuh dengan serat, hal ini dikarenakan menebalnya membran sel daun sedangkan selnya sendiri berukuran kecilkecil 5. Dalam keadaan kekurangan yang parah, daun menjadi kering, dimulai dari bagian bawah terus ke bagian atas.



Kekurangan unsur hara Belerang (S) 1. Daun-daun muda mengalami klorosis (berubah menjadi kuning), perubahan warna umumnya terjadi pada seluruh daun muda, kadang mengkilap keputih-putihan dan kadang-kadang perubahannya tidak merata tetapi berlangsung pada bagian daun selengkapnya 2. Perubahan warna daun dapat pula menjadi kuning sama sekali, sehingga tanaman tampak berdaun kuning dan hijau, seperti misalnya gejala-gejala yang tampak pada daun tanaman teh di beberapa tempat di Kenya yang terkenal dengan sebutan”Tea Yellow” atau”Yellow Disease” 3. Tanaman tumbuh terlambat, kerdil, berbatang pendek dan kurus, batang tanaman berserat, berkayu dan berdiameter kecil 4. Pada tanaman tebu yang menyebabkan rendemen gula rendah 5. Jumlah anakan terbatas.



3.1



MINERAL



3.1.1



Definisi dan Klasifikasi



1.



Definisi Mineral merupakan suatu senyawa yang



terdapat di alam dengan



kandungan kimia homogen, dan bentuk yang teratur (sistem kristal) yang terbentuk secara alamiah atau melalui proses anorganik. Mineral memiliki struktur kristal karna mempunyai sifat-sifat kimia dan fisika yang penempatan atom-atom beraturan di bagian dalamnya. Mineral adalah zat organik yang diperlukan oleh tubuh dalam jumlah kecil untuk membantu reaksi fungsional tubuh, misalnya untuk memelihara keteraturan metabolisme.Kurang lebih 4% berat tubuh manusia terdiri atas mineral.



21



2.



Klasifikasi Dalam kegunaannya, mineral dibagi menjadi dua sifat.Yakni mineral



esensial dan non-esensial. Mineral esensial merupakan mineral yang mempunyai peran atau kegunaan dalam aktivitas fisiologis pada makhluk hidup untuk membantu kerja enzim atau pembentukan organ.Sedangkan mineral non-esensial adalah mineral yang belum diketahui peranannya serta jumlahnya sangat kecil di jaringan. Keberadaan Mineral esensial dibutuhan oleh tubuh manusia karena mempunyai peranan penting dalam pemeliharaan fungsi tubuh, baik pada tingkat sel, jaringan, organ, maupun fungsi tubuh secara keseluruhan.Mineral esensial lagi menjadi dua kelompok, yaitu mineral makro dan mineral mikro. Mineral makro adalah mineral yang dibutuhkan tubuh dalam jumlah lebih dari 100 mg sehari, misalnya natrium, klor, kalsium, kalium, magnesium, sulfur dan fosfor, sedangkan mineral mikro dibutuhkan kurang dari 100 mg sehari, misalnya besi, iodium, mangan,tembaga, zink, kobalt dan fluor.



1. Mayor mineral (makro mineral atau makro nutrition element) Jumlah mineral jenis ini yang diperlukan oleh tubuh adalah lebih dari 100 mg/hari. Mineral jenis ini adalah : kalsium (Ca), Fosfor (P), Kalium (K), Magnesium (Mg), Sulfur (S), Sodium/Natrium (Na), Chlorida (Cl). Kalsium merupakan mineral yang paling banyak dalam tubuh, lebih dari 99% kalsium terdapat pada tulang, sedangkan fosfor yang kedua, sekitar 85% terdapat dalam tulang. Mineral jenis ini biasanya dikumsumsi dalam bentuk garam mineral, seperti NaCl (garam meja), yang bila dilarutkan dalam air akan terurai menjadi beberapa komponen yaitu Na+ dan Sl- yang disebut elektrolit.



22



2. Trace mineral (mikromineral atau mikronutrition element) Jumlah yang dibutuhkan tubuh kurang dari 100mg/hari. Mineral jenis ini adalah : zat besi (Fe), Tembaga (Zu), Seng (Zn), Mangan (Mn), Iodium (I), dan Fluoride (F). Zat -zat tersebut merupakan komponen penting dari struktur tulang, jaringan ikat, hemoglobin, hormone dan enzim. 3.1.2



Jenis dan Macam Mineral Beserta Mekanisme Kerja



1.



Mineral Makro



a. Natrium (Na) Natrium merupakan kation utama dalam cairan ekstraseluler .35-40 % terdapat dalam kerangka tubuh. Cairan saluran cerna, sama seperti cairan empedu dan pancreas mengandung banyak natrium.Sumber utama Natrium adalah garam dapur (NaCl). Sumber natrium yang lain berupa monosodium glutamate (MSG), kecap dan makanan yang diawetkan dengan garam dapur. Makanan yang belum diolah, sayur dan buah mengandung sedikit natrium. Sumber lainnya seperti susu, daging, telur, ikan, mentega dan makanan laut lainnya. 



Absorpsi dan Metabolisme Natrium Hampir seluruh natrium yang dikonsumsi (3 hingga 7 gram sehari)



diabsorpsi, terutama di dalam usus halus.Natrium yang diabsorpsi secara aktif (membutuhkan energi). Natrium yang diabsorpsi dibawa oleh aliran darah ke ginjal.Di sini natrium disaring dan dikembalikan ke lairan darah dalam jumlah yang cukup sesuai taraf natrium dalam darah.Kelebihan natrium yang jumlahnya mencapai 90-99% dari yang dikonsumsi, dikeluarkan melalui urine.Dalam keadaan dikeluarkan melalui



urine sejajar dengan



normal, natrium



yang



jumlah natrium



yang



dikonsumsi.Jumlah natrium dalam urine tinggi bila konsumsi tinggi dan rendah bila konsumsi rendah.



23



Hampir semua natrium yang terdapat di dalam tubuh akan tersimpan di dalam soft body tissue dan cairan tubuh. Ion natrium (Na+) merupakan kation utama di dalam cairan ekstrasellular (ECF) dengan konsentrasi berkisar antara 135-145 mmol/L. Ion natrium juga akan berada pada cairan intrasellular (ICF) namun dengan konsentrasi yang lebih kecil yaitu ± 3 mmol/L. 



Fungsi Natrium Sebagai kation utama dalam cairan ekstrasellular, natrium akan



berfungsi untuk menjaga keseimbangan cairan di dalam tubuh, menjaga aktivitas saraf , kontraksi otot dan juga akan berperan dalam proses absorpsi glukosa. Pada keadaan normal, natrium (Na+ ) bersama dengan pasangan (terutama klorida, Cl- ) akan memberikan kontribusi lebih dari 90% terhadap efektif osmolalitas di dalam cairan ekstrasellular. Natrium menjaga keseimbangan asam basa di dalam tubuh dengan mengimbangi zat-zat yang membentuk asam.Natrium berperan dalam transmisi saraf dan kontraksi otot. Natrium berperan pula dalam absorpsi glukosa dan sebagai alat angkut zat-zat gizi lain melalui membran, terutama melalui dinding usus sebagai pompa natrium.



b. Klorida (Cl) Klor merupakan anion utama cairan ekstraselular.Konsentrasi klor tertinggi adalah dalam cairan serebrospinal (otak dan sumsum tulang belakang), lambung dan pancreas.Klor terdapat bersamaan dengan natrium dalam garam dapur.Beberapa sayuran dan buah juga mengandung klor. 



Absorpsi & Ekskresi Klor Klor hampir seluruhnya diabsorpsi di dalam usus halus dan diekskresi melalui urine dan keringat.Kehilangan klor mengikuti kehilangan natrium.Kebanyakan keringat dihalani oleh aldosteron yang secara langsung berpengaruh terhadap kelenjar keringat.



24







Fungsi Klor Sebagai anion Sebagai anion utama dalam cairan ekstraselullar, ion



klorida juga akan berperan dalam menjaga keseimbangan cairan-elektrolit. Selain itu, ion klorida juga mempunyai fungsi fisiologis penting yaitu sebagai pengatur derajat keasaman lambung dan ikut berperan dalam menjaga keseimbangan asam-basa tubuh. Bersama dengan ion natrium (Na +), ion klorida juga merupakan ion dengan konsentrasi terbesar yang keluar melalui keringat. c. Kalium (K) Kalium merupakan ion yang bermuatan positif dan terdapat di dalam sel dan cairan intraseluler.Kalium berasal dari tumbuh-tumbuhan dan hewan. Sumber utama adalah makanan segar/ mentah, terutama buah, sayuran dan kacangkacangan. 



Absorpsi & Ekskresi Kalium (K) Kalium diabsorpsi dengan mudah dalam usus halus.Sebanyak 80-



90% kalium yang dimakan diekskresi melalui urin, selebihnya dikeluarkan melalui feses dan sedikit melalui keringat dan cairan lambung. Kalium dikeluarkan dalam bentuk ion dengan menggantikan ion natrium melalui mekanisme pertukaran di dalam tubuh ginjal. 



Fungsi Kalium (K) Di dalam tubuh kalium akan mempunyai fungsi dalam menjaga



keseimbangan cairan-elektrolit dan keseimbangan asam basa. Selain itu, bersama dengan kalsium (Ca ) dan natrium (Na ), kalium akan berperan dalam transmisi saraf, pengaturan enzim dan kontraksi otot. Hampir sama dengan natrium, kalium juga merupakan garam yang dapat secara cepat diserap oleh tubuh. Setiap kelebihan kalium yang terdapat di dalam tubuh akan dikeluarkan melalui urin serta keringat.



25



d. Kalsium (Ca) Kalisum merupakan mineral yang paling banyak dalam tubuh yang berada dalam jaringan keras yaitu tulang dan gigi. Di dalam cairan ekstraseluler dan intraseluler, kalsium berperan penting dalam mengatur fungsi sel, seperti untuk transmisi saraf, kontraksi otot, penggumpalan darah dan menjaga permebialitas membrane sel. Kalsium mengatur kerja hormone dan factor pertumbuhan.Sumber kalsium terutama pada susu dan hasilnya, seperti keju. Ikan dimakan dengan tulang, termasuk ikan kering merupakan sumber kalsium yang baik, udang, kerang, kepiting, kacang-kacangan dan hasil olahanannya, daun singkong, daun lamtoro. 



Absorpsi Kalsium (Ca) Dalam



keadaan



normal



sebanyak



30-50%



kalsium yang



dikonsumsi diabsorpsi tubuh. Kemampuan absorpsi lebih tinggi pada masa pertumbuhan dan menurun pada prses menua. Kemampuan absorpsi pada laki-laki lebih tinggi daripada perempuan pada semua golongan usia. Absorpsi kalsium terutama terjadi di bagian lebih tinggi atas usus halus yaitu



duodenum.Absorpsi



pasif



terjadi



pada



permukaan



saluran



cerna.Banyak faktor mempengaruhi absorpsi kalsium. Kalsium hanya bisa diabsorpsi bila terdapat dalam bentuk larut air dan tidak mengendap karena unsur lain, seperti oksalat. Kalsium yang tidak diabsorpsi dikeluarkan melalui feses. 



Fungsi Kalsium (Ca) Kalsium mempunyai berbagai fungsi dalam tubuh, yaitu :



1.



Pembentukan tulang dan gigi



2.



Mengatur pembekuan darah



3.



Katalisator reaksi-reaksi biologi



4.



Kontraksi otot



26



e. Fosfor (P) Fosfor merupakan mineral kedua terbanyak dalam tubuh, sekitar 1 % dari berat badan.Fosfor terdapat pada tulang dan gigi serta dalam sel yaitu otot dan cairan ekstraseluler.Fosfor merupakan bagian dari asam nukleat DNA dan RNA. Sebagai fosfolipid, fosfor merupakan komponen structural dinding sel. Sebagai fosfat organic, fosfor berperan dalam reaksi yang berkaitan dengan penyimpanan atau pelepasan energi dalam bentuk Adenin Trifosfat (ATP). Fosfor terdapat pada semua sel mahluk hidup, terutama makanan kaya protein, seperti daging, ayam, ikan, telur, susu dan hasilnya, kacang-kacangan serta serealia. 



Absorpsi Fosfor (P) Fosfor dapat diabsorpsi secara efisien sebagai fosfor bebas di



dalam usus setelah dihidrolisis dan dilepas dari makanan. Bayi dapat menyerap 85-90% fosfor yang berasal dari air susu ibu sebanyak 65-70% fosfor berasal dari susu sapi dan 50-70% fosfor berasal dari susunan makanan normal dapat diabsorpsi oleh anak-anak dan orang dewasa. Fosfor dibebaskan dari makanan oleh enzim alkalin fosfatase di dalam mukosa usus halus dan diabsorpsi secara aktif dan difusi pasif.Absorpsi aktif dibantu oleh bentuk aktif vitamin D. sebagian besar fosfor di dalam darah terutama terdapat sebagai fosfat anorganik atau sebagai fosfolipida.Kdar fosfor di dalam darah diatur oleh hormon paratiroid (PTH) yang dikeluarkan oleh kelenjar paratiroid dan oleh hormon kalsitonin.Kedua hormon tersebut berinteraksi dengan vitamin D untuk mengontrol jumlah fosfor yang diserap, jumlah yang ditahan oleh ginjal, serta jumlah yang dibebaskan dan disimpan di dalam tulang.



27







Fungsi Fosfor (P) Fosfor mempunyai berbagai fungsi dalam tubuh yaitu:



1. Klasifikasi gigi dan tulang 2. Mengatur pengalihan energi 3. Absorpsi dan transportasi zat gizi 4. Bagian dari ikatan tubuh esensial 5. Pengaturan keseimbangan asam basa f. Magnesium (Mg) Magnesium adalah kation terbanyak setelah natrium di dalam cairan interselular. Magnesium merupakan bagian dari klorofil daun. Peranan magnesium dalam tumbuh-tumbuhan sama dengan peranan zat besi dalam ikatan hemoglobin dalam darah manusia yaitu untuk pernafasan. Magnesium terlibat dalam berbagai proses metabolisme.Magnesium terdapat dalam tulang dan gigi, otot, jaringan lunak dan cairan tubuh lainnya.Sumber utama magnesium adalah sayur hijau, serealia tumbuk, biji-bijian dn kacang-kacangan. Daging, susu dan hasilnya serta cokelat merupakan sumber magnesium yang baik. 



Absorpsi Magnesium (Mg) Magnesium terutama diabsorpsi di dalam usus halus, kemungkinan



dengan bantuan alat angkut aktif dan secara difusi aktif.Di dalam darah sebagian besar magnesium terdapat dalam bentuk ion bebas, atau dalam bentuk



molekul



kompleks



hingga



molekul



kecil.Keseimbangan



magnesium di dalam tubuh terjadi melalui penyesuaian ekskresi magnesium melalui urin. 



Fungsi Magnesium (Mg) Magnesium bertindak di dalam semua sel jaringan lunak sebagai



katalisator dalam reaksi-rekasi biologi termasuk reaksi-rekasi yang berkaitan dengan metabolisme energi, karbohidrat, lipd, protein dan asam nukleat serta dalam sintesis, degradasi, dan stabilitas bahan gen DNA. Sebagian besar reaksi ini terjadi dalam mitokondria sel.



28



Di dalam cairan sel ekstraseluler magnesium berperan dalam transmisi saraf, kontrak, atot, dan pembekuan darah.Dalam hal ini peranan magnesium berlawanan dengan kalsium.Kalsium merangsang kontraksi otot, sedangkan magnesium mancegah.Kalsium menyebabkan ketegangan saraf, sedangkan magnesium melemaskan saraf. g. Sulfur (S) Sulfur merupakan bagian dari zat-zat gizi esensial, seperti vitamin tiamnin dan biotin serta asam amino metionin dan sistein. Rantai samping molekul sistein yang mengandung sulfur berkaitan satu sama lain sehingga membentuk jembatan disulfide yang berperan dalam menstabilkan molekul protein. Sulfur terdapat dalam tulang rawan, kulit, rambut dan kuku yang banyak mengandung jaringan ikat yang bersifat kaku. Sumber sulfur adalah makanan yang mengandung berprotein. 



Absorbsi Sulfur (S) Sulfur diabsorpsi sebagai bagian dari asam amino atau sebagai



sulfat anorganik. Sulfur juga merupakan bagian dari enzim glutation serta berbagai koenzim dan vitamin, termasuk koenzim A. Sebagian besar sulfur dieksresi melalui urin sebagai ion bebas. Sulfur juga merupakan salah satu elektrolit intraseluler yang terdapat dalam plasma berkonsentrasi rendah. 



Fungsi Sulfur (S) Sulfur berasal dari makanan yang terikat pada asam amino yang



mengandung sulfur yang diperlukan untuk sintesis zat-zat penting. Berperan dalam reaksi oksidasi-reduksi, bagian dari tiamin, biotin dan hormone insuline serta membantu detoksifikasi. Sulfur juga berperan melarutkan sisa metabolisme sehingga bias dikeluarkan melalui urin, dalam bentuk teroksidasi dan dihubungkan dengan mukopolisakarida.



29



2.



Mineral Mikro



a. Tembaga (Cu) Tembaga (Cu) merupakan mineral mikrokarena keberadaannya dalam tubuhsangat sedikit namun diperlukan dalamproses fisiologis. Di alam, Cu ditemukandalam bentuk senyawa sulfida (CuS).Walaupun dibutuhkan tubuh dalam



jumlahsedikit,



bila



kelebihan



dapat



mengganggukesehatan



atau



mengakibatkan keracunan.Namun bila terjadi kekurangan Cu dalamdarah dapat menyebabkan anemia yangmerupakan gejala umum, pertumbuhanterhambat, kerusakan tulang, depigmentasirambut dan bulu, pertumbuhan buluabnormal, dan gangguan gastrointestinal(Davis dan Mertz 1987 dalam Clark et al. 1993). 



Absorbsi Tembaga (Cu) Dalam plasma darah ,tembaga mula – mula diikat pada albumin



dan suatu protein baru dam dibawa kehati dimana kan mendapat proses : 1.



Diinkorporasikan ke dalam seruloplasmin dan protein / enzim hati



yang spesifik 2.



Hilang melalui empedu ,seruloplasmin disekresi kedalam plasma



disamping kemungkinan fungsi enzimatiknya ,juga mengangkut tembaga kedalam sel seluruh tubuh 3.



Sebagian kecil cu diangkut melalui transkuprein dan albumin ;



rendahnya berat molekul dari pool –cu dalam plsma mungkin tidak merupakan sumber Cu seluler yang nyata. 



Fungsi Tembaga (Cu) Enzim-enzim mengandung tembaga mempunyai berbagai macam



peranan yang berkaitan dengan reaksi yang menggunakan oksigen atau radikal oksigen.



30



1. Tembaga berpernan dalam mencegah anemia dengan cara membanu absorbs besi, merangsang sisntesis hemoglobin , melepas simpanan besi dari feritin dalam hati dan sebagai bagian dari enzim seruloplasmin. 2. Tembaga berperan dalam oksidasi besi bentk fero menjadi feri. 3. Tembaga berperan dalam perubahan asam amino tirosin menjadi melanin, yaitu pigmen dan kulit. 4. Tembaga juga berperanan dalam pengikatan kolagen yang diperluka untuk menjaga kekuatannya. b. Besi (Fe) Besi (Fe) merupakan mineral makro dalam kerak bumi, tetapi dalam system biologi tubuh merupakan mineral mikro. Pada hewan, manusia, dan tanaman, Fetermasuk logam esensial, bersifat kurangstabil, dan secara perlahan berubahmenjadi ferro (Fe II) atau ferri (Fe III).Kandungan Fe dalam tubuh hewan bervariasi,bergantung pada status kesehatan,nutrisi, umur, jenis kelamin, dan spesies.Besi dalam tubuh berasal daritiga sumber, yaitu hasil perusakan selseldarah merah (hemolisis), dari penyimpanan di dalam tubuh, dan hasil penyerapan pada saluran pencernaan.Dari ketiga sumber tersebut,Fe hasil hemolisis merupakan sumberutama.Bentuk-bentuk senyawa yang adaialah senyawa heme (hemoglobin, mioglobin,enzim heme) dan poliporfirin (tranfirin, ferritin, dan hemosiderin). Sebagianbesar Fe disimpan dalam hati, limpa, dan sumsum tulang. 



Absorpsi Besi (Fe) Tubuh sangat efisien dalam penggunaan besi.Sebelum diabsorpsi



di lambung besi dibebaskan dari ikatan organik, seperti protein.Sebagian besar besi dalam bentuk feri direduksi mejadi bentuk fero. Hal ini terjadi dalam suasana asalam di lambugn dengan adanya HCl dan vitamin C yang terdapar di dalam makanan. Absorpsi terutama terjadi di bagian atas usus halus (duodenum) dengan bantuan alat angkut-protein khusus.



31







Fungsi Besi (Fe) Besi berperan dalam proses respirasi sel, yaitu sebagai kofaktor bagi enzim – enzim yang terlibat didalam reaksi oksidasi reduksi. Metabolisme energy ,didalam tiap sel, besi bekerja sama dengan rantai protein –pengangkut- electron ,yang berperan dalam langkah – langkah akhir metabolism energy. Sebanyak lebih dari 80 % besi yang ada dalam tubuh berada dalam hemoglobin.



c. Kobalt (Co) Kobalt (Co) merupakan unsur mineral esensial untuk pertumbuhan hewan, dan merupakan bagian dari molekul vitamin B12. Konversi Co dari dalam tanah menjadi vitamin B12 pada makanan hingga dicerna hewan ruminansia kadangkadang disebut sebagai siklus kobalt. Ternak ruminansia (sapi, domba, dan kambing) memakan hijauan pakan, di mana tanaman menyerap kobalt dari dalam tanah dan bakteri-bakteri yang ada di dalam lambung (rumen) menggunakan kobalt dalam penyusunan vitamin B12. Hewan menyerap vitamin B12 dan mendistribusikannya keseluruh jaringan tubuh (Davis dan Mertzdalam Darmono 1995).Semuabangsa hewan membutuhkan vitaminsehingga secara tidak langsung memerlukan kobalt. 3.1.3



Interaksi Mineral



1.



Interaksi Mineral dengan Mineral Mineral yang mempunyai berat molekul dan jumlah muatan (valensi) yang sama bersaing satu sama lain untuk diabsorpsi, dengan demikian dalam ketersediaan biologinya. Contohnya magnesium, kalsium, besi, dan tembaga yang mempunyai valensi +2. Kalsium yang dimakan terlalu banyak akan menghambat absorpsi besi. Demikian pula kebanyakan makan seng akan menghambat absorpsi tembaga.



32



2.



Interaksi Vitamin dengan Mineral Vitamin C meningkatkan absorpsi besi bila dimakan pada waktu.Vitamin



D kalsiterol meningkatkan absorpsi kalsium. Banyak vitamin membutuhkan mineral untuk melakukan peranannya dalam metabolisme. Misalnya, koenzim tiamin membutuhkan magnesium untuk berfungsi secara efisien. 3.



Interaksi Serat dengan Mineral Ketersediaan biologi mineral banyak dipengaruhi oleh bahan-bahan



nonmineral di dalam makanan.Asam fitat dalam serat kacang-kacangan dan serelia serta asam oksalat dalam bayam mengikat mineral-mineral tertentu sehingga tidak dapat diabsorpsi. Makanan tinggi serat (lebih dari 35 gram sehari) menghambat absorpsi kalsium, zat besi, seng, dan magnesium. 3.1.4



Faktor Mineral Mineral merupakan salah satu kebutuhan yang sangat dibutuhan yang



sangat diperlukan bagi tubuh. Namun adakalanya mineral dapat rusak dikarenakan beberapa hal. Adapun faktor yang mempengaruhi adalah: 1. Suhu Unsur mineral merupakan salah satu komponen yang sangat diperlukan oleh makhluk hidup di samping karbohidrat, lemak, protein, dan vitamin, juga dikenal sebagai zat anorganik atau kadar abu. Sebagai contoh, bila bahan biologis dibakar, semua senyawa organik akan rusak; sebagian besar karbon berubah menjadi gas karbon dioksida (CO2 ), hidrogen menjadi uap air, dan nitrogen menjadi uap nitrogen (N2 ). Sebagian besar mineral akan tertinggal dalam bentuk abu dalam bentuk senyawa



anorganik



sederhana,



serta



akan



terjadi



penggabungan



antarindividu atau dengan oksigen sehingga terbentuk garam anorganik (Davis dan Mertz 1987).



33



2. Kadar pada Tubuh Berbagai unsur anorganik (mineral) terdapat dalam bahan biologi, tetapi tidak atau belum semua mineral tersebut terbukti esensial, sehingga ada mineral esensial dan nonesensial. Mineral esensial yaitu mineral yang sangat diperlukan dalam proses fisiologis makhluk hidup untuk membantu kerja enzim atau pembentukan organ. Unsur-unsur mineral esensial dalam tubuh terdiri atas dua golongan, yaitu mineral makro dan mineral mikro. Mineral makro diperlukan untuk membentuk komponen organ di dalam tubuh. Mineral mikro yaitu mineral yang diperlukan dalam jumlah sangat sedikit dan umumnya terdapat dalam jaringan dengan konsentrasi sangat kecil. Mineral nonesensial adalah logam yang perannya dalam tubuh makhluk hidup belum diketahui dan kandungannya dalam jaringan sangat kecil. Bila kandungannya tinggi dapat merusak organ tubuh



makhluk



hidup



yang



bersangkutan.



Di



samping



mengakibatkan keracunan, logam juga dapat menyebabkan penyakit defisiensi (McDonald et al. 1988; Spears 1999; Inoue et al. 2002).



34



BAB III KESIMPULAN 4.1



Kesimpulan Nitrogen adalah komponen penyusun utama atmosfer bumi. Udara terdiri



atas 78% volume nitrogen. Nitrogen adalah gas yang tidak berwarna , tidak berbau, dan tidak berasa. Gas nitrogen termasuk gas yang inert hal ini disebabkan oleh besarnya energi ikatan antara ikatan rangkap tiga. Oleh karena sifatnya yang kurang reaktif, nitrogen digunakan sebagai atmosfer inert untuk suatu proses/sistem



yang



terganggu



oleh



oksigen,



misalnya



dalam



industri



elektronika. Nitrogen dapat diperoleh melalui berbagai cara. Adapun senyawasenyawa nitrogen diantaranyayaitu Amonia, Nitrida, Hidrazin, hidrosiklamin dan azida, Asam Okso dan beberapa oksida nitrogen. Mineral makro merupakan mineral yang jumlahnya relatif tinggi (>0,05% dari berat badan) di dalam jaringan tubuh atau dibutuhkan tubuh dalam jumlah >100 mg sehari. Mineral mikro disebut sebagai unsur renik (trace element) terdapat