Definisi fiksasi nitrogen yaitu suatu proses baik secara alami maupun industri yang dapat menyebabkan nitrogen yang berada bebas di udara bergabung dengan unsur-unsur lain secara kimia sehingga membentuk senyawa yang berguna seperti nitrat, nitrit maupun amonia. Nitrogen tergolong unsur yang tidak akan bereaksi dengan unsur lain dalam kondisi biasa.
Kandungan nitrogen di atmosfer mencapai 78% sehingga merupakan unsur yang berlimpah di udara. Kita dapat menemukan senyawa nitrogen di setiap tubuh makhluk hidup, bahan kimia alami seperti Natrium Nitrat, amonia, batu bara, bahan makanan dan pada semua tanah yang subur. Nitrogen juga merupakan salah satu komponen kimia DNA sehingga akan dapat kita temukan dalam setiap sel makhluk hidup.
Beberapa prokariota termasuk bakteri membantu fiksasi nitrogen secara alami. Mikroorganisme ini membentuk suatu hubungan simbiosis dengan beberapa binatang misalnya rayap dan berbagai jenis tanaman yang lebih tinggi untuk melakukan fiksasi nitrogen. Hampir setiap spesies kacang-kacangan akan memberikan habitat bagi bakteri yang dapat mengikat nitrogen sehingga dapat menghasilkan pupuk alami.
Fiksasi nitrogen juga banyak dibantu oleh kreativitas manusia dengan mengubah N2 menjadi NH3 untuk menghasilkan bahan bakar fosil sebagai sumber energi.
Namun, pembuatan pupuk kimia dan amunisi yang menggunakan nitrogen juga memberikan dampak negatif karena dapat meningkatkan polusi air (eutrofikasi) bahkan banyaknya korban perang yang tewas dalam peperangan.
Fiksasi Nitrogen secara Biologis (BNF)
Bakteri nitrogenase sangat berperan dalam proses terjadinya BNF atau fiksasi nitrogen secara biologis yang dilakukan dengan cara mengubah nitogen atau N2 yang ada di udara bebas menjadi amonia atau NH3.
Mikroorganisme yang berfungsi untuk mengubah nitrogen menjadi senyawa yang lebih berguna disebut dengan Diazotrof.
BNF dapat dirumuskan sebagai berikut:
N2 +8H+ + 8e-+16 ATP → 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi
Fiksasi nitrogen secara biologis ini ditemukan oleh Martinus Beijerinck yang merupakan ahli mikrobiologi yang berasal dari Belanda. Proses fiksasi nitrogen tersebut akan menghasilkan NH3 atau amonia yang secara cepat akan terionisasi menjadi NH4 atau amonium.
Amonium nitrogenase yang dihasilkan oleh mikroorganisme diazotrof yang hidup bebas berubah menjadi glutamat melalui jalur sintase glutamat (sintetase glutamin).
Beberapa bakteri yang dapat berfungsi untuk pengikat nitrogen yaitu bakteri Azotobacter yang hidup bebas dan bakteri Rhizobium mutualistik yang hidup pada akar spesies kacang-kacangan. Bakteri-bakteri tersebut akan mengikat oksigen dan memperbaikinya menjadi nitrogen organik yang sangat bermanfaat bagi tumbuhan.
Fiksasi Nitrogen secara Industri
Selain melalui proses biologis, fiksasi nitrogen juga dapat dilakukan secara industri. Amonia atau NH3 dapat dihasilkan dengan mengkombinasikan hidrogen yang berasal dari minyak bumi atau gas alam dengan nitrogen di atmosfer dengan menggunakan katalis besi di bawah tekanan suhu yang sangat besar yaitu 600 derajat celsius. Proses ini disebut dengan nama Haber-Bosch.
Nitrogen atau N2 dikombinasikan dengan Hidrogen atau H2 dan diubah menjadi amonia atau NH3 yang dapat berfungsi sebagai bahan peledak maupun pupuk buatan.
Fiksasi Nitrogen karena Pembakaran Bahan Bakar Fosil
Bahan bakar fosil juga dapat membantu fiksasi nitrogen, sebagai contohnya yaitu bahan bakar yang digunakan untuk menyalakan mesin mobil maupun pembangkit listrik termal yang dapat melepaskan NOx atau nitrogen oksida.
Fiksasi Nitrogen karena Proses Geofisika
Pernahkah Anda melihat kilat yang menyambar di langit? Tahukah Anda jika pada saat terjadi kilat terjadi fiksasi nitrogen di udara?
Kilat merupakan proses geofisika yang dapat membantu fiksasi nitrogen jadi secara tidak langsung, kilat memiliki peran yang sangat penting bagi kehidupan di bumi. Namun, hanya sedikit makhluk hidup yang memanfaatkan nitrogen melalui peristiwa alam tersebut.
Senyawa nitrogen sebagian besar didapatkan oleh makhluk hidup melalui makhluk hidup yang lainnya. Proses topping-up sering digunakan untuk menyebut proses fiksasi nitrogen karena melalui proses ini terjadi penambahan cadangan senyawa nitrogen di bumi.
Melalui asupan nutrisi dalam bentuk asam nukleat atau protein, hewan bertulang belakang telah mengkonsumsi nitrogen secara tidak langsung. Makromulekul tersebut akan dicerna sehingga membentuk komponen nukleotida dan asam amino yang digunakan untuk membentuk asam nukleat yang baru dan senyawa-senyawa yang lainnya serta untuk proses sintesis protein.
Itulah penjelasan singkat mengenai apa itu fiksasi nitrogen. Semoga bermanfaat.