Enzim Nitrat Reduktase

 

Nitrat Reduktase

Nitrogen merupakan nutrisi yang secara kuantitatif paling penting pada tumbuhan tinggi dan diasumsikan diserap dalam bentuk inorganik berupa NH4⁺ dan NO3^- oleh akar. Nitrogen terlibat dalam menyusun beragam biomolekul dalam tumbuhan. Keberadaan nitrogen merupakan suatu hal yang mutlak harus tersedia bagi keberlangsungan hidup tumbuhan.

Salah satu hal yang berperan dalam menjamin ketersediaan nitrogen bagi makhluk hidup adalah adanya aktifitas nitrat reduktase. Aktifitas nitrat reduktase pada daun tergantung pada ketersediaan sumber N yang ada serta suplai NO3^- melalui xilem (Casseta & Villela, 2004). Nitrat reduktase merupakan molekul kompleks yang merupakan enzim regulator yang mengatur laju konsumsi nitrat dan memiliki fungsi katalitik (Shahryari et al, 2013).

Reduksi nitrat oleh nitrat reduktase merupakan rate-limiting-step dalam asimilasi nitrat pada tumbuhan. Nitrat reduktase dapat menjadi inaktif  kurun waktu tertentu dan dapat diinduksi aktifitasnya kembali dengan penambahan nitrat. Nitrat reduktase juga dapat ditekan aktifitasnya oleh asam amino tertentu. Aktifitas nitrat reduktase sangat rendah saat terjadi defisiensi molybdenum sebab unsur tersebut merupakan kofaktor dari enzim ini. Enzim ini juga mengandung gugus prostetik meliputi FAD dan sitokrom B, serta memerlukan NADPH sebagai donor elektron.

Nitrat reduktase dikenal sebagai faktor pembatas pertumbuhan dan produksi protein pada tumbuhan. Enzim ini dipengaruh oleh kondisi lingkungan. Aktifitas nitrat reduktase pada tanaman dapat memberikan gambaran status nitrogen serta potensi panennya (Galib, 2015).

 Beberapa faktor yang mampu mengubah aktifitas enzim ini adalah suhu rendah serta stress osmotik. Stress osmotik yang terjadi dapat disebabkan oleh stress garam. Peningkatan tekanan osmotik lingkungan diketahui akan menurunkan pertumbuhan tanaman dan menghambat reduksi nitrat serta asimilasi ammonium (Deboubaet al., 2007).

Nitrat diserap melalui akar dan ditranslokasikan ke pucuk dan di simpan di vakuola tanaman. Jaringan daun mengakumulasi nitrat ketika laju transportasi nitrat meningkat dan melebihi kapasitan akumulasinya (Kasim et al, 2013). Nitrat diasimilasi melalui jalur yang melibatkan pengambilan nitrat dan dengan dua tahapan reduktif yang dikatalisis oleh enzim nitrat reduktase dan nitrit reduktase (Gambar 1) (Ahmad et al, 2010). Kedua enzim ini diperkirakan utuk mengkatalisis langkah pembatasan asimilasi nitrat karena enzim ini menginisiasi reaksi ketika nitrat tersedia. Ketersediaan nitrat mempengaruhi laju asimilasi nitrat, namun demikian, asimilasi nitrat juga dipengaruhi oleh genotip.

 

Analisis nitrat reduktase secara in vivo

Aktifitas nitrat reduktase dapat diukur secara in vivo maupun secara in vitro. Analisis invitro dapat dilakukan dengan mengekstrak fraksi enzimatik dari jaringan dan mengukur reaksi dengan medium buffer yang sesuai (Casseta & Villela, 2004). Berbeda halnya dengan analisis invitro, analisis invivo dapat dilakukan dengan mudah tanpa ekstraksi enzim. Yaitu dengan inkubasi jaringan sampel pada medium buffer yang berisi NO₃^-, pelarut serta atau dengan detergen dan mengukur NO₂^- yang diproduksi dalam kurun waktu tertentu dalam keadaan gelap.

Produksi nitrat pada analisis invivo bergantung pada difusi NO₃^- ke jaringan untuk mencapai sitoplasma sebagai tempat enzim berada.  Nitrat reduktase mereduksi NO₃^- menjadi NO₂^-  dengan menggunakan pereduksi NADH yang didapatkan dari jalur respirasi oksidatif. Pada kondisi normal, NO₂^-  yang diproduksi pada jaringan akan ditransport ke kloroplas dan direduksi menjadi ammonia menggunakan pereduksi feredoksin yang didapatkan dari transport elektron dalam fotosintesis (Gambar 1). Namun demikian, dalam analisis invivo, jaringan tetap berada dalam keadaan gelap sehingga akumulasi NO₂^-  mengalami difusi ke medium inkubasi (Casseta & Villela, 2004). Hal ini mengakibatkan produk yang dihasilkan pada medium dalam analisis invivo juga dipengaruhi kemampuan difusi NO₂^-  ke dalam medium.

Gambar 1. Jalur Metabolisme Asimilasi Nitrat (Vivian et al, 1999)

 

Nitrat reduktase akan selalu mengkatalisis reaksi yang sama. Namun demikian, keberadaannya dalam suatu organisme akan sangat bergantung pada masing-masing organisme tersebut (Stolz&Bazu, 2002). Menurut Venkeatesan & Ganapathy (2004), aktifitas nitrat reduktase tertinggi ada pada daun pertama dan daun ketiga. Peningkatan aktifitas nitrat reduktase juga dapat dipengaruhi oleh adanya pemupukan N.  Semakin tua, aktifitas nitrat reduktase akan semakin menurun.

Nitrat reduktase merupakan enzim yang berperan mengatur asimilasi nitrogen pada tanaman yang diatur oleh perubahan terang/gelap. Meskipun respon aktifitas nitrat reduktase terhadap terang/gelap dapat bervariasi pada tiap spesies, umumnya aktifitas nitrat reduktase lebih tinggi pada kondisi terang daripada kondisi gelap.

NO₃^- bebas dapat berdifusi ke dalam sitoplasma sel tanaman sebagai lokasi nitrat reduktase. Reaksi reduksi yang terjadi adalah sebagai berikut.

Gambar 2. Reaksi Reduksi dengan Bantuan Enzim Nitrat Reduktase

Daftar Pustaka

Ahmad, Saif, Inayat S. Fazili, Rizwanul Haque, Samdun Nisa Khan, and Malik Zainul Abdin. 2010. Standardization and estimation of nitrate reductase activity in the leaves of Ammi majus L. (Bishops weed) in relation to sulphur deficiency and seed yield. Jurnal. AJCS 4(7):515-522

Cazetta, Jairo Osvaldo & Luciana Cristine Vasques Villela. 2004. Nitrate Reductase Activity in Leaves and Stems of Tanner Grass (Brachiaria radicans Napper). Jurnal. Sci Agric N6. P 640-648

Debouba, Mohamed,  Houda Maa, Roufi-Dghimi, Akira Suzuki, Mohamed Habib Ghorbel1 And Houda Gouia. 2007. Changes in Growth and Activity of Enzymes Involved in Nitrate Reduction and Ammonium Assimilation in Tomato Seedlings in Response to NaCl Stress. Jurnal. Annals of Botany99: 1143–1151

Galib, Muliaty. 2015. Effect of Flooding on Nitrate Reductase Activities of Seedling of Some Indonesian Local Rice Varieties. Jurnal. IJAREAS 2278-6252

Kasim, M. Husian, Taryono, Sriyanto Waluyo, Hari Kartiko. 2013. The Dinamic of Nitrate Reductase in Tea Leaves. Jurnal. Ilmu Pertanian Vol 16

Shahryari,Reza,  Mostafa Valizadeh, Aladdin Gadimov, and Elshad Gurbanov. 2013. In Vitroeffect Of Humic Fertilizer On Activity Of Nitrate Reductase, Under Drought Stress Mediated Through Polyethylene Glycol In Wheat. Jurnal. Romanian Agricultural Research, NO. 30

Vankatesan S. &  M. N. K. Ganapathy. 2004. Nitrate Reductase Activity in Tea as Influenced by Various Levels off Nitrogen and Potassium Fertilizer. Jurnal. Soil Science and Plant Analysis 35: 1283-1291

Vivian, Conrado Moreno, Purificacion Cabello, Manuel MartinezLuque, Rafael Blasco, Francisco Castilo. 1999. Procariotic Nitrate Reduction: Molecular Properties and Functional Distinction among Bacterial Nitrate Reductases. JOURNAL OF BACTERIOLOGY, 0021-9193/99/$04.0010