PERANAN MOLIBDENUM PADA FIKSASI NITROGEN
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Proses alamiah selalu lebih unggul dari proses rekayasa manusia, baik dari segi ekonomi maupun pengaruhnya terhadap lingkungan. Sebagai contoh, N2 adalah suatu senyawa yang inert, padahal semua organisme termasuk manusia sangat membutuhkan unsur N. Pembentukan NH3 sebagai prekursor pembentukan asam amino dan protein yang menggunakan bahan baku N2 dapat dihasilkan dari proses Haber-Bosch pada suhu 500 oC, tekanan 350 atm dengan bantuan katalis besi. Cara ini jika dilihat dari segi ekonomi dan pengaruhnya pada lingkungan tidak menguntungkan.
Dengan proses biokimia, Azotobacter vinelandii ternyata mampu mensintesis NH3 dengan bahan baku yang sama pada suhu sekitar 28 oC dan tekanan normal tanpa mengeluarkan polusi. Keistimewaan proses biokimia fiksasi nitrogen oleh Azotobacter vinelandii ini amat menarik untuk diamati. Bagaimanakah mekanisme Azotobacter vinelandii dapat memfiksasi N2, baik dari segi biologi, biokimia, regulasi, dan genetic, belum banyak dipahami. Fiksasi N2 oleh Azotobacter vinelandii adalah proses biokimia melalui reaksi enzimatis yang melibatkan nitrogenase sebagai enzim. Nitrogenase adalah enzim yang molekulnya amat kompleks, terdiri dari dua komponen. Komponen I mengandung unsur Mo dan Fe dan komponen II hanya mengandung Fe.
Hal ini jikalau ditinjau lebih lanjut adalah suatu kejanggalan karena N2 adalah senyawa yang sangat tidak reaktif. Dengan kata lain, membutuhkan suhu atau tekanan yang sangat tinggi untuk membuatnya bereaksi. Artinya, tak mungkin N2 ini dapat bereaksi pada suhu dan tekanan normal pada keadaan biasa.
Telah diketahui sejak tahun 1930 bahwa molibdenumlah sebagai kofaktor utama dalam fiksasi nitrogen. Hal ini karena fungsi fiksasi nitrogen dapat diberhentikan dengan mengambil molibdenum dari lingkungan dan menjalankan fungsi fiksasi nitrogen ini kembali dengan menyimpan molibdenum kembali ke lingkungan. Namun, mengenai mekanisme bagaimana molibdenum berperan dalam proses fiksasi nitrogen masih sulit untuk dijelaskan.
1.2 Tujuan
Tujuan dilakukannya studi literatur ini adalah menentukan peranan molibdenum dalam fiksasi nitrogen Azotobacter vinelandii.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Molibdenum merupakan salah satu unsur logam transisi golongan VIB yang mempunyai kemiripan sifat dengan unsur krom. Mempunyai massa atom 95,94 sma, nomor atom 42, jari-jari atom 1,39 amstrong, biloks +6, +5, +4, +3, dan +2, mempunyai volume atom 9,40 cm3/mol, mempunyai struktur kristal bcc, titik didih 4912 K, titik lebur 2896 K, dan massa jenis 10,22 gram/cm3 (Sunardi, 2007).
Mo4+ cenderung untuk membentuk bilangan koordinasi 8 dengan struktur kompleks berupa dodecahedral (Sukardjo, 1992).
Berdasarkan siklus nitrogen, nitrogen terdapat di semua lapisan dalam lingkungan. Atmosfer terdiri dari 78 % volume unsur N2. Molekul N2 sangat stabil. Oleh karena itu, pemutusan menjadi atom-atomnya untuk bereaksi dengan bahan kimia membentuk senyawa organik atau anorganik adalah suatu hal yang sangat sulit. Ini dapat terjadi dengan proses berenergi tinggi dalam penyinaran cahaya menghasilkan nitrogen oksida (Achmad, 2004).
Secara alamiah, bakteri Azotobacter vinelandii memiliki kemampuan memfiksasi N2 dengan mekanisme biokimia yang melibatkan reaksi enzimatis. Fiksasi N2 adalah proses enzimatis yang melibatkan nitrogenase. Data yang dikemukakan oleh Schrauzer (1977) dan Brill (1980) mengatakan bahwa nitrogenase adalah molekul metaloprotein yang amat kompleks, terdiri dari dua komponen. Komponen I berbobot 200000 sampai 2550000, mengandung dua atom Mo, 28 sampai 43 atom Fe (non-heme), dan 26 sampai 28 ion sulfida serta residu sistein. Molibdenumlah pada komponen I ini merupakan bagian dari metaloenzim yang berfungsi sebagai kofaktor yang disebut kompleks Fe-Mo dan berbobot molekul kurang dari 5000. Komponen II yang berbobot molekul 55000 sampai 65000 mengandung 4 atom Fe (non heme), empat gugus sulfida dan empat residu sistein (Wahab, 2010).
Dari segi kimiawi, unsur Mo dan W terletak dalam satu golongan yakni golongan 6 (VIB). Seperti kita ketahui bahwa unsur-unsur kimia yang terletak dalam satu golongan memiliki sifat kimia yang mirip. Berdasarkan penelitian, walaupun dalam media tersedia Mo dan W dalam takaran cukup, komponen I kompleks nitrogenase tetap akan menggunakan Mo saja sebagai metaloenzimnya (Hawab, 2010).
Fiksasi nitrogen hanya dapat terjadi dengan keberadaan molibdenum. Suatu postulat menyatakan bahwa mekanisme molibdenum dalam memfiksasi nitrogen adalah atom-atom molibdenum mengikat dinitrogen dan atom-atom besi ikut serta dalam satu atau lebih rantai redoks yang menyediakan elektron yang diperlukan untuk mereduksinya. Ketika komponen I dan komponen II dari enzim nitrogenase dipisahkan, maka tidak akan menjalankan kemampuannya untuk memfiksasi nitrogen (Cotton dan Wilkinson, 1989).
Logam dapat membebaskan sebuah pasangan elektron di ikatannya dengan suatu senyawa sehingga membuat senyawa yang pada awalnya tidak reaktif menjadi reaktif. Demikianlah prinsip dasar senyawa organologam mengkatalisis suatu reaksi (Norman, 1978).
BAB III
PEMBAHASAN
Molibdenum memiliki nomor atom 42. Mo4+ cenderung untuk membentuk bilangan koordinasi 8 dengan struktur kompleks berupa dodecahedral. Berdasarkan aturan EAN (effective atomic number), untuk Mo4+ adalah sebagai berikut :
Mo = 42
Mo4+ = 38
Jumlah elektron ligan = 2 x 8 = 16
EAN Mo4+ untuk bil. Koord. 8 = 38+16 = 54 (sama dengan jumlah elektron gas mulia Xe)
Hal ini telah sesuai untuk teori EAN (effective atomic number) yang menyatakan bahwa senyawa-senyawa kompleks dikelilingi oleh ligan-ligan sedemikian, hingga jumlah elektron sekitar ion logam sama dengan elektron gas mulia.
Molibdenum dengan bilangan koordinasi 8 memiliki struktur dodecahedral secara teori. Namun, akibat terjadi distorsi tetragonal kuat, maka struktur menurut percobaan adalah berubah-ubah. Pada nitrogenase komponen I, molibdenum terikat oleh ligan yang berasal dari sistein dari protein. Strukturnya kurang lebih dapat digambarkan sebagai berikut :
Adapun mekanisme dari metalomolibdenum dalam memfiksasi nitrogen adalah dengan mengikat N2 sehingga molekul ini dari tidak reaktif menjadi reaktif akibat molibdenum membebaskan sebuah pasangan elektron di ikatannya.
Alasan mengapa ketika komponen I dan II dari nitrogenase dipisahkan, maka aktivitasnya untuk memfiksasi nitrogen akan hilang padahal pada komponen II tidak terdapat atom molibdenum adalah karena diperlukannya atom Fe non heme pada komponen II untuk menyediakan elektron sehingga 1 sistein yang terikat sebagai ligan pada atom pusat Mo4+ dapat terlepas.
Fe3+ + e Fe2+
Bentuk Mo(RS)7N=N- adalah bentuk yang reaktif sehingga dapat dijadikan prekursor untuk pembentukan NH3 sebagai bahan dasar pembentukan asam amino pembentuk protein.
Ketika molibdenum diganti dengan wolfram yang memiliki sifat kimia yang mirip dengan molibdenum dan juga dapat membentuk bilangan koordinasi 8 dengan struktur dodecahedral, maka fiksasi nitrogen tidak akan dapat terjadi. Hal ini mungkin saja karena wolfram dan molibdenum memiliki sifat biologi yang berbeda. Walaupun demikian, penjelasan ilmiahnya adalah sesuatu hal yang masih menjadi misteri.
BAB IV
KESIMPULAN
Molibdenum dalam enzim nitrogenase membantu dalam fiksasi nitrogen dengan jalan menjadikan N2 yang tidak reaktif menjadi Mo(RS)7N=N- yang reaktif sehingga dapat bereaksi membentuk NH3 sebagai bahan dasar asam amino pembentuk protein dengan bantuan Fe3+ sebagai penyedia elektron melalui reaksi reduksinya menjadi Fe2+ untuk membantu dalam pelepasan 1 ligan sistein pada atom pusat Mo4+ sehingga reaksi molibdenum dengan N2 dapat terjadi.
DAFTAR PUSTAKA
Achmad, R., 2004, Kimia Lingkungan, ANDI, Yogyakarta.
Cotton, F.A., dan Wilkinson, G., 1989, Kimia Anorganik Dasar, UI-press, Jakarta.
Hawab, 2010, Ketergantungan Pertumbuhan dan Aktivitas Fiksasi Nitrogen oleh Azotobacter vinelandii terhadap Unsur Molibdenum (Mo) dan Wolfram (W) pada Media Cair Modifikasi Burk, Prosiding (online), 7, 81-91, http://www.google.com, diakses pada tanggal 25 Nopember 2010 pukul 13.30 WITA.
Norman, R.O.C., 1978, Principles of Organic Synthesis, Chapman and Hall, London.
Sukardjo, 1992, Kimia Koordinasi, Rineka Cipta, Jakarta.
Sunardi, 2007, 116 Unsur Kimia Deskripsi dan Pemanfaatannya, Yrama Widya, Bandung.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Proses alamiah selalu lebih unggul dari proses rekayasa manusia, baik dari segi ekonomi maupun pengaruhnya terhadap lingkungan. Sebagai contoh, N2 adalah suatu senyawa yang inert, padahal semua organisme termasuk manusia sangat membutuhkan unsur N. Pembentukan NH3 sebagai prekursor pembentukan asam amino dan protein yang menggunakan bahan baku N2 dapat dihasilkan dari proses Haber-Bosch pada suhu 500 oC, tekanan 350 atm dengan bantuan katalis besi. Cara ini jika dilihat dari segi ekonomi dan pengaruhnya pada lingkungan tidak menguntungkan.
Dengan proses biokimia, Azotobacter vinelandii ternyata mampu mensintesis NH3 dengan bahan baku yang sama pada suhu sekitar 28 oC dan tekanan normal tanpa mengeluarkan polusi. Keistimewaan proses biokimia fiksasi nitrogen oleh Azotobacter vinelandii ini amat menarik untuk diamati. Bagaimanakah mekanisme Azotobacter vinelandii dapat memfiksasi N2, baik dari segi biologi, biokimia, regulasi, dan genetic, belum banyak dipahami. Fiksasi N2 oleh Azotobacter vinelandii adalah proses biokimia melalui reaksi enzimatis yang melibatkan nitrogenase sebagai enzim. Nitrogenase adalah enzim yang molekulnya amat kompleks, terdiri dari dua komponen. Komponen I mengandung unsur Mo dan Fe dan komponen II hanya mengandung Fe.
Hal ini jikalau ditinjau lebih lanjut adalah suatu kejanggalan karena N2 adalah senyawa yang sangat tidak reaktif. Dengan kata lain, membutuhkan suhu atau tekanan yang sangat tinggi untuk membuatnya bereaksi. Artinya, tak mungkin N2 ini dapat bereaksi pada suhu dan tekanan normal pada keadaan biasa.
Telah diketahui sejak tahun 1930 bahwa molibdenumlah sebagai kofaktor utama dalam fiksasi nitrogen. Hal ini karena fungsi fiksasi nitrogen dapat diberhentikan dengan mengambil molibdenum dari lingkungan dan menjalankan fungsi fiksasi nitrogen ini kembali dengan menyimpan molibdenum kembali ke lingkungan. Namun, mengenai mekanisme bagaimana molibdenum berperan dalam proses fiksasi nitrogen masih sulit untuk dijelaskan.
1.2 Tujuan
Tujuan dilakukannya studi literatur ini adalah menentukan peranan molibdenum dalam fiksasi nitrogen Azotobacter vinelandii.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Molibdenum merupakan salah satu unsur logam transisi golongan VIB yang mempunyai kemiripan sifat dengan unsur krom. Mempunyai massa atom 95,94 sma, nomor atom 42, jari-jari atom 1,39 amstrong, biloks +6, +5, +4, +3, dan +2, mempunyai volume atom 9,40 cm3/mol, mempunyai struktur kristal bcc, titik didih 4912 K, titik lebur 2896 K, dan massa jenis 10,22 gram/cm3 (Sunardi, 2007).
Mo4+ cenderung untuk membentuk bilangan koordinasi 8 dengan struktur kompleks berupa dodecahedral (Sukardjo, 1992).
Berdasarkan siklus nitrogen, nitrogen terdapat di semua lapisan dalam lingkungan. Atmosfer terdiri dari 78 % volume unsur N2. Molekul N2 sangat stabil. Oleh karena itu, pemutusan menjadi atom-atomnya untuk bereaksi dengan bahan kimia membentuk senyawa organik atau anorganik adalah suatu hal yang sangat sulit. Ini dapat terjadi dengan proses berenergi tinggi dalam penyinaran cahaya menghasilkan nitrogen oksida (Achmad, 2004).
Secara alamiah, bakteri Azotobacter vinelandii memiliki kemampuan memfiksasi N2 dengan mekanisme biokimia yang melibatkan reaksi enzimatis. Fiksasi N2 adalah proses enzimatis yang melibatkan nitrogenase. Data yang dikemukakan oleh Schrauzer (1977) dan Brill (1980) mengatakan bahwa nitrogenase adalah molekul metaloprotein yang amat kompleks, terdiri dari dua komponen. Komponen I berbobot 200000 sampai 2550000, mengandung dua atom Mo, 28 sampai 43 atom Fe (non-heme), dan 26 sampai 28 ion sulfida serta residu sistein. Molibdenumlah pada komponen I ini merupakan bagian dari metaloenzim yang berfungsi sebagai kofaktor yang disebut kompleks Fe-Mo dan berbobot molekul kurang dari 5000. Komponen II yang berbobot molekul 55000 sampai 65000 mengandung 4 atom Fe (non heme), empat gugus sulfida dan empat residu sistein (Wahab, 2010).
Dari segi kimiawi, unsur Mo dan W terletak dalam satu golongan yakni golongan 6 (VIB). Seperti kita ketahui bahwa unsur-unsur kimia yang terletak dalam satu golongan memiliki sifat kimia yang mirip. Berdasarkan penelitian, walaupun dalam media tersedia Mo dan W dalam takaran cukup, komponen I kompleks nitrogenase tetap akan menggunakan Mo saja sebagai metaloenzimnya (Hawab, 2010).
Fiksasi nitrogen hanya dapat terjadi dengan keberadaan molibdenum. Suatu postulat menyatakan bahwa mekanisme molibdenum dalam memfiksasi nitrogen adalah atom-atom molibdenum mengikat dinitrogen dan atom-atom besi ikut serta dalam satu atau lebih rantai redoks yang menyediakan elektron yang diperlukan untuk mereduksinya. Ketika komponen I dan komponen II dari enzim nitrogenase dipisahkan, maka tidak akan menjalankan kemampuannya untuk memfiksasi nitrogen (Cotton dan Wilkinson, 1989).
Logam dapat membebaskan sebuah pasangan elektron di ikatannya dengan suatu senyawa sehingga membuat senyawa yang pada awalnya tidak reaktif menjadi reaktif. Demikianlah prinsip dasar senyawa organologam mengkatalisis suatu reaksi (Norman, 1978).
BAB III
PEMBAHASAN
Molibdenum memiliki nomor atom 42. Mo4+ cenderung untuk membentuk bilangan koordinasi 8 dengan struktur kompleks berupa dodecahedral. Berdasarkan aturan EAN (effective atomic number), untuk Mo4+ adalah sebagai berikut :
Mo = 42
Mo4+ = 38
Jumlah elektron ligan = 2 x 8 = 16
EAN Mo4+ untuk bil. Koord. 8 = 38+16 = 54 (sama dengan jumlah elektron gas mulia Xe)
Hal ini telah sesuai untuk teori EAN (effective atomic number) yang menyatakan bahwa senyawa-senyawa kompleks dikelilingi oleh ligan-ligan sedemikian, hingga jumlah elektron sekitar ion logam sama dengan elektron gas mulia.
Molibdenum dengan bilangan koordinasi 8 memiliki struktur dodecahedral secara teori. Namun, akibat terjadi distorsi tetragonal kuat, maka struktur menurut percobaan adalah berubah-ubah. Pada nitrogenase komponen I, molibdenum terikat oleh ligan yang berasal dari sistein dari protein. Strukturnya kurang lebih dapat digambarkan sebagai berikut :
Adapun mekanisme dari metalomolibdenum dalam memfiksasi nitrogen adalah dengan mengikat N2 sehingga molekul ini dari tidak reaktif menjadi reaktif akibat molibdenum membebaskan sebuah pasangan elektron di ikatannya.
Alasan mengapa ketika komponen I dan II dari nitrogenase dipisahkan, maka aktivitasnya untuk memfiksasi nitrogen akan hilang padahal pada komponen II tidak terdapat atom molibdenum adalah karena diperlukannya atom Fe non heme pada komponen II untuk menyediakan elektron sehingga 1 sistein yang terikat sebagai ligan pada atom pusat Mo4+ dapat terlepas.
Fe3+ + e Fe2+
Bentuk Mo(RS)7N=N- adalah bentuk yang reaktif sehingga dapat dijadikan prekursor untuk pembentukan NH3 sebagai bahan dasar pembentukan asam amino pembentuk protein.
Ketika molibdenum diganti dengan wolfram yang memiliki sifat kimia yang mirip dengan molibdenum dan juga dapat membentuk bilangan koordinasi 8 dengan struktur dodecahedral, maka fiksasi nitrogen tidak akan dapat terjadi. Hal ini mungkin saja karena wolfram dan molibdenum memiliki sifat biologi yang berbeda. Walaupun demikian, penjelasan ilmiahnya adalah sesuatu hal yang masih menjadi misteri.
BAB IV
KESIMPULAN
Molibdenum dalam enzim nitrogenase membantu dalam fiksasi nitrogen dengan jalan menjadikan N2 yang tidak reaktif menjadi Mo(RS)7N=N- yang reaktif sehingga dapat bereaksi membentuk NH3 sebagai bahan dasar asam amino pembentuk protein dengan bantuan Fe3+ sebagai penyedia elektron melalui reaksi reduksinya menjadi Fe2+ untuk membantu dalam pelepasan 1 ligan sistein pada atom pusat Mo4+ sehingga reaksi molibdenum dengan N2 dapat terjadi.
DAFTAR PUSTAKA
Achmad, R., 2004, Kimia Lingkungan, ANDI, Yogyakarta.
Cotton, F.A., dan Wilkinson, G., 1989, Kimia Anorganik Dasar, UI-press, Jakarta.
Hawab, 2010, Ketergantungan Pertumbuhan dan Aktivitas Fiksasi Nitrogen oleh Azotobacter vinelandii terhadap Unsur Molibdenum (Mo) dan Wolfram (W) pada Media Cair Modifikasi Burk, Prosiding (online), 7, 81-91, http://www.google.com, diakses pada tanggal 25 Nopember 2010 pukul 13.30 WITA.
Norman, R.O.C., 1978, Principles of Organic Synthesis, Chapman and Hall, London.
Sukardjo, 1992, Kimia Koordinasi, Rineka Cipta, Jakarta.
Sunardi, 2007, 116 Unsur Kimia Deskripsi dan Pemanfaatannya, Yrama Widya, Bandung.
0 Response to "PERANAN MOLIBDENUM PADA FIKSASI NITROGEN"
Posting Komentar