Proses Nitrifikasi dan Denitrifikasi dalam Transformasi Nitrogen beserta Fungsinya

Merdeka.com - Nitrogen adalah salah satu nutrisi utama yang penting untuk kelangsungan hidup semua organisme hidup. Ini adalah komponen penting dari banyak biomolekul, termasuk protein, DNA, dan klorofil.

Meskipun nitrogen sangat melimpah di atmosfer sebagai gas dinitrogen (N2), sebagian besar tidak dapat diakses dalam bentuk ini bagi sebagian besar organisme, sehingga membuat nitrogen menjadi sumber daya langka dan sering membatasi produktivitas primer di banyak ekosistem. Hanya ketika nitrogen diubah dari gas dinitrogen menjadi amonia (NH3) sajalah, nitrogen dapat tersedia bagi makhluk hidup, seperti tanaman.

Selain N2 dan NH3, nitrogen juga ada dalam berbagai bentuk, seperti bentuk anorganik (misalnya, amonia, nitrat) dan organik (misalnya, asam amino dan nukleat). Dengan demikian, nitrogen mengalami banyak transformasi berbeda dalam ekosistem, berubah dari satu bentuk ke bentuk lain saat organisme menggunakannya untuk pertumbuhan dan, dalam beberapa kasus, untuk sumber energi.

Transformasi utama nitrogen adalah fiksasi nitrogen, nitrifikasi, denitrifikasi, anammox, dan amonifikasi. Transformasi nitrogen ini adalah kunci untuk produktivitas di biosfer dan sangat bergantung pada aktivitas kumpulan beragam mikroorganisme, seperti bakteri, archaea, dan jamur. Dilansir dari laman nature.com, kami akan menjelaskan dua dari transformasi utama nitrogen, yaitu proses nitrifikasi dan denitrifikasi.

Nitrifikasi

Nitrifikasi adalah proses ketika amonia (NH3) atau amonium (NH4+) diubah menjadi nitrat (NO3−). Nitrifikasi adalah hasil bersih dari dua proses yang berbeda: oksidasi amonium menjadi nitrit (NO2−) oleh bakteri pengoksidasi nitrosifikasi atau ammonia, dan oksidasi nitrit (NO2−) menjadi nitrat (NO3−) oleh bakteri pengoksidasi nitrit. Proses nitrifikasi merupakan langkah penting dalam siklus nitrogen di tanah. Nitrifikasi adalah proses aerobik yang dilakukan oleh kelompok kecil bakteri autotrofik dan archaea.

Proses Nitrifikasi

Proses nitrifikasi akan mengubah amonia menjadi nitrit dan kemudian menjadi nitrat. Kebanyakan proses nitrifikasi terjadi secara aerobik dan dilakukan secara eksklusif oleh prokariota. Ada dua langkah berbeda dari nitrifikasi yang dilakukan oleh jenis mikroorganisme yang berbeda.

Langkah pertama adalah oksidasi amonia menjadi nitrit, yang dilakukan oleh mikroba yang dikenal sebagai pengoksidasi amonia. Pengoksidasi amonia aerobik mengubah amonia menjadi nitrit melalui hidroksilamin, suatu proses yang membutuhkan dua enzim yang berbeda, yaitu amonia monooksigenase dan hidroksilamin oksidoreduktase.

Proses ini menghasilkan energi dalam jumlah yang sangat kecil dibandingkan dengan banyak jenis metabolisme lainnya; akibatnya, nitrosofier terkenal sebagai penanam yang sangat lambat. Selain itu, pengoksidasi amonia aerobik juga autotrof, memperbaiki karbon dioksida untuk menghasilkan karbon organik, seperti organisme fotosintesis, tetapi menggunakan amonia sebagai sumber energi, bukan cahaya.

Langkah kedua dalam proses nitrifikasi adalah oksidasi nitrit (NO2-) menjadi nitrat (NO3-). Proses nitrifikasi ini dilakukan oleh kelompok prokariota yang benar-benar terpisah, yang dikenal sebagai Bakteri pengoksidasi nitrit. Beberapa genera yang terlibat dalam oksidasi nitrit antara lain Nitrospira, Nitrobacter, Nitrococcus, dan Nitrospina.

Mirip dengan pengoksidasi amonia, energi yang dihasilkan dari oksidasi nitrit menjadi nitrat sangat kecil, dan oleh karena itu, hasil pertumbuhannya juga sangat rendah. Faktanya, pengoksidasi amonia dan nitrit harus mengoksidasi banyak molekul amonia atau nitrit untuk memfiksasi satu molekul CO2. Untuk nitrifikasi lengkap, oksidasi amonia dan oksidasi nitrit harus terjadi.

Pengoksidasi amonia dan pengoksidasi nitrit terjadi di mana-mana, di lingkungan aerobik. Pengoksidasi amonia dan nitrit memainkan peran yang sangat penting dalam fasilitas pengolahan air limbah dengan menghilangkan tingkat amonium memiliki potensi berbahaya, seperti menyebabkan pencemaran air. Banyak penelitian telah difokuskan pada bagaimana mempertahankan populasi yang stabil dari mikroba penting ini di instalasi pengolahan air limbah. Selain itu, pengoksidasi amonia dan nitrit membantu menjaga akuarium yang sehat dengan memfasilitasi pembuangan amonium yang berpotensi beracun yang diekskresikan dalam urin ikan.

Denitrifikasi

Sedangkan denitrifikasi adalah proses yang difasilitasi secara mikroba yang melibatkan reduksi bertahap nitrat menjadi nitrit (NO2–) nitric oxide (NO), nitrous oxide (N2O), dan, akhirnya, menjadi dinitrogen (N2) oleh enzim nitrat reduktase, nitrit reduktase, nitric oxide reduktase, dan nitrous oxide reduktase.

Proses Denitrifikasi

Proses denitrifikasi akan mengubah nitrat menjadi gas nitrogen, sehingga menghilangkan nitrogen yang tersedia secara hayati dan mengembalikannya ke atmosfer. Gas dinitrogen (N2) adalah produk akhir akhir dari denitrifikasi, tetapi ada bentuk gas antara nitrogen lainnya. Beberapa dari gas ini, seperti nitrous oxide (N2O), dianggap sebagai gas rumah kaca, bereaksi dengan ozon dan menyebabkan polusi udara.

Tidak seperti nitrifikasi, denitrifikasi adalah proses anaerobik, sebagian besar terjadi di tanah, sedimen dan zona anoksik di danau dan lautan. Mirip dengan fiksasi nitrogen, denitrifikasi dilakukan oleh beragam kelompok prokariota, dan ada bukti terbaru bahwa beberapa eukariota juga mampu melakukan denitrifikasi (Risgaard-Petersen et al. 2006). Beberapa bakteri denitrifikasi antara lain adalah spesies dalam genus Bacillus, Paracoccus, dan Pseudomonas. Denitrifier adalah kemoorganotrof dan karenanya juga harus disuplai dengan beberapa bentuk karbon organik.

Denitrifikasi penting karena dapat menghilangkan nitrogen tetap (yaitu, nitrat) dari ekosistem dan mengembalikannya ke atmosfer dalam bentuk biologis inert (N2). Hal ini sangat penting dalam pertanian di mana hilangnya nitrat dalam pupuk yang merugikan.

Namun, denitrifikasi dalam pengolahan air limbah memainkan peran yang sangat menguntungkan dengan menghilangkan nitrat yang tidak diinginkan dari limbah air, sehingga mengurangi kemungkinan air yang dibuang dari pabrik pengolahan menyebabkan konsekuensi yang tidak diinginkan (misalnya, ganggang mekar).