Metabolisme Nitrogen Pada Tumbuhan
Proses Biokimia dalam Fiksasi Nitrogen
Berbicara mengenai fikasi nitrogen, tentu tidak akan jauh kaitannya dengan keberadaan enzim dinitrogenase. Enzim ini adalah enzim yang mampu mengkatalis perubahan nitrogen menjadi ammonia. Hanya sel prokariot yang dapat memfiksasi menggunakann dinitrogenase, karena hanya prokariot yang memiliki gen yang mengkode enzim ini. Enzim dinitrogenase telah dimurnikan dari hampir semua prokariot pengikat nitrogen yang diketahui. Enzim ini tampak seperti kompleks protein multimerik yang terdiri dari dua protein dengan ukuran berbeda. Protein yang lebih kecil adalah dimer yang terdiri dari dua polipeptida subunit yang identik. Massa molekul setiap subunit berkisar antara 24 hingga 36 kD, bergantung pada jenis spesiesnya. Dimer disebut juga sebagai protein Fe karena mengandung satu gugus tunggal yang terdiri dari empat atom besi yang terikat pada empat gugus belerang (Fe4S4). Protein yang lebih besar dalam kompleks dinitrogenase disebut protein MoFe. MoFe berbentuk tetramer yang terdiri dari dua pasang subunit identik dengan massa molekul total sekitar 220 kD. Setiap protein MoFe mengandung dua atom molibdenum dalam bentuk kofaktor besi-molibdenum-sulfur. Protein MoFe juga mengandung gugus Fe4S4, meskipun jumlah pastinya tidak pasti, bervariasi tergantung jenis spesies dan kondisi fisiologisnya.
Reaksi keseluruhan untuk reduksi dinitrogen menjadi amonia oleh dinitrogenase ditunjukkan dalam persamaan berikut:
Perhatikan bahwa produk utama fiksasi nitrogen biologis adalah amonia, tetapi untuk setiap molekul dinitrogen yang direduksi, satu molekul hidrogen dihasilkan. Perhatikan juga bahwa reduksi dinitrogen adalah proses yang terdiri dari dua tahap. Pada tahap pertama, protein Fe direduksi oleh donor elektron primer, biasanya ferredoxin. Ferredoxin adalah protein kecil (14 hingga 24 kD) yang mengandung gugus besi-sulfur. Elektron dibawa oleh bagian besi, yang dapat berada dalam keadaan besi tereduksi (Fe2+) atau besi teroksidasi (Fe3+). Perlu dicatat bahwa ferredoxin tidak hanya berpartisipasi dalam fiksasi nitrogen, tetapi juga merupakan pembawa elektron penting dalam fotosintesis. Pada tahap kedua, protein Fe tereduksi melewatkan elektron ke protein MoFe, yang mengkatalisis reduksi gas dinitrogen dan hidrogen. Peran pasti ATP dalam reaksi belum diketahui pasti, namun diduga ikut bereaksi dengan protein Fe tereduksi dan menyebabkan perubahan konformasi pada protein ini dan mengubah potensi redoksnya. Ini memfasilitasi transfer elektron antara protein Fe dan protein MoFe.
