Siklus Nitrogen

Tumbuhan tidak mampu menggunakan nitrogen dalam bentuk N₂ bebas (gas) melainkan dalam bentuk NO₃ (nitrat). Kunci proses yang memungkinkan distribusi  nitrogen dilakukan oleh bakteri pengikat nitrogen. Organisme ini memiliki kemampuan untuk mengikat nitrogen, sehingga nitrogen dalam bentuk bebas akan diubah menjadi tidak bebas yaitu berikatan dengan hidrogen membentuk ammonia (NH₃). Bakteri pengikat nitrogen berada di dalam nodul akar (Rhizobium bersimbiosis dengan tanaman Leguminosae), di dalam tanah (Azotobacter – non simbiotik), air tawar, maupun air laut. Selanjutnya bakteri pembentuk nitrit (Nitrosococcus, Nitrosomonas) menggabungkan amonia dengan oksigen membentuk nitrit (NO₂). Kelompok bakteri yang lain (Nitrobacter) mengubah nitrit menjadi nitrat (NO₃) yang dapat diserap dan digunakan oleh tumbuhan hijau. Di dalam sel tumbuhan hijau, nitrat yang telah diserap selanjutnya direduksi menjadi ammonium (NH₄⁺) untuk digunakan dalam biosintesis asam amino (monomer peptida dan protein). Nitrogen masuk kembali ke atmosfer dalam bentuk bebas melalui proses denitrifikasi nitrat (NO₃) menjadi N₂ dan N₂O (Nitrogen oksida) oleh bakteri denitrifikasi (Paracoccus denitrificans).

Contoh studi kasus mengenai peran organisme dalam distribusi nitrogen bagi kelangsungan hidup organisme lain antara lain seperti di dalam contoh studi kasus pada buku Cunningham and Cunningham, 2011 (Environmental Science, Chapter 3 : Matter, Energy, and Life) yang menceritakan mengenai peran penting ikan salmon dan beruang dalam distribusi nitrogen di hutan yang berada di sepanjang tepi sungai Pacific Northwest ( Amerika Utara). Urine dan produk sisa metabolisme hewan merupakan sumber nitrogen penting yang dapat digunakan oleh bakteri nitrifikasi untuk menghasilkan nitrogen tidak bebas yang dapat diserap oleh tanaman di sepanjang sungai untuk biosintesis asam amino.

Semoga Bermanfaat

Embriologi

 Hal-hal penting yang perlu dipahami dalam Embriologi antara lain :

 

         1.             Perbedaan spermatogenesis dan oogenesis

Spermatogenesis	Oogenesis
Inisiasi meiosis dalam pembentukan gamet secara terus-menerus (mulai masa pubertas)	Inisiasi meiosis dalam pembentukan gamet hanya sekali (pada usia 7 bulan kehamilan)
Dihasilkan 4 gamet fungsional setiap satu siklus	Hanya dihasilkan 1 gamet fungsional setiap satu siklus
Siklus terjadi selama ± 64 hari	Siklus terjadi selama ± 28 hari
Meiosis dan diferensiasi sel gamet terjadi secara langsung dalam satu siklus	Meiosis tertunda pada Profase I, kemudian diinisiasi kembali diikuti diferensiasinya pada masa pubertas
Pada saat meiosis profase I tidak terjadi transkripsi dan rekombinasi seks kromosom	Seks kromosom ditranskripsi dan direkombinasi pada saat meiosis profase I

2.    Proses rekognisi antara sperma dan ovum hingga terjadi fusi (konsepsi) :    

A.    Terjadinya kemoatraksi antara sperma dan ovum : akrosom dalam kepala    sperma, energi yang dihasilkan dari mitokondria, dan pergerakan flagella memungkinkan sperma masuk ke dalam saluran reproduksi betina menggunakan pergerakan ekornya mengikuti sinyal dari molekul terlarut yang disekresikan oleh ovum

B.  Pengikatan sperma pada zona pellucida ovum  : Pemicu pengikatan ini disebut sebagai reaksi akrosom dari sperma yang diikat. Zona pellucida mengandung glikoprotein ZP3. senyawa ini berperan penting sebagai reseptor sperma. 

C. Eksositosis vesikel akrosomal : Kepala sperma mengeluarkan vesikel yang berisi  enzim akrosomal yang berfungsi untuk menembus zona pellucida 

D.  Sperma melewati zona pellucida (penetrasi) : Sperma pertama yang berhasil penetrasi ke zona pellucida bergerak terus melewati zona pellucida hingga  mencapai membran plasma ovum. Pada saat yang bersamaan, ovum mensekresikan molekul enzim inaktivator pengikatan sperma dan pengerasan zona pellucida, sehingga mencegah masuknya sperma lain dan disebut sebagai mekanisme ‘block to polyspermy’

E.   Fusi membran plasma sel sperma dan ovum : proses fusi inti sel sperma dan ovum dipicu protein Fertilin pada membran sperma dan daya tarik elemen kontraktil dari ovum, sehingga memungkinkan inti sperma masuk ke sitoplasma ovum.

3.      Proses perkembangan zigot sebagai berikut :

a.     Cleavage  : Pembelahan mitosis pada konseptus  yang berumur 1 hari setelah konsepsi. Proses ini terjadi di tabung uterine dan dipertahankan melalui kontraksi otot polos karena pengaruh hormon estrogen. Pada proses ini terjadi penggandaan sel germinal hingga menghasilkan 16 sel (blastomer) yang masing-masing bersifat totipoten, namun tidak mengubah ukuran konseptus.

b.      Morula : merupakan proses cleavage yang menghasilkan 16-32 blastomer

c.      Blastula awal : pada tahap ini terjadi Compaction dan Cavitation

Compaction : merupakan proses  terjadinya kontak antar blastomer membentuk tight junction , sehingga terdapat sel-sel yang merapat di bagian tengah dan sel-sel yang mengelilingi bagian tepi.  Sel-sel di bagian tengah disebut  massa sel dalam (inner cell mass) dan sel bagian tepi disebut trophoblast

Cavitation : merupakan proses pembentukan rongga pada ruang-ruang antar blastomer melalui sekresi cairan dari sel Tropoblast  sehingga terbentuk Blastocoel. Cairan ini menyebabkan massa sel terdorong ke tepi dan struktur yang baru ini disebut Blastocyst (± 3 hari setelah konsepsi). Selanjutnya Blastocyst terus bergerak menuju uterus dan masih terbungkus zona pellucida.

d.   Blastula akhir : Pada hari-21 setelah konsepsi,  blastocyst sampai di uterus. Pada tahap ini sel Trophoblast mensekresikan Enzim proteolitik (strypsin) dan menyebabkan blastocyst lepas dari zona pellucida 

e.   Implantasi : Merupakan proses terjadinya kontak awal antara blastocyst dan endometrium yang menginduksi proliferasi cepat pada sel Trophoplast, sehingga sel trophoblast yang dilekati masa sel dalam menjadi lebih pekat. Struktur ini menginisiasi terjadinya perlekatan blastocyst pada dinding endometrium uterus

4.    Neurulasi primer 

Neurulasi primer merupakan proses pembentukan neural tube melalui  proliferasi, invaginasi (pelekukan ke dalam), dan pelipatan dari sel-sel di sekitar neural plate secara langsung  untuk membentuk neural  tube yang utuh. Tahap-tahap neurulasi primer sebagai berikut 

a.      Formasi neural plate

Formasi neural plate dimulai dari bagian bawah mesoderm dorsal dan endoderm faring di bagian kepala memberi signal sel ektoderm di atasnya untuk memanjang  menjadi  sel neural plate yang tersusun kolumner

b.      Pembentukan neural plate (shaping)

Neural plate memanjang di sepanjang aksis anterior-posterior. Pembelahan sel-sel pada neural plate memiliki pola rostral-caudal (kepala-ekor/anterior-posterior) Selanjutnya sel-sel kolumner memampat, kemudian sel-sel kolumner menyempit dan mengkerut.

c.      Pembengkokan neural plate membentuk neural groove

Proses ini melibatkan formasi hinge region, yang merupakan tempat neural tube berhubungan dengan jaringan disekitarnya. Pada hinge region,  sel epidermis melekat ke tepi neural plate dan bergerak ke garis tengah. Sel yang berada di garis tengah neural plate disebut sebagai medial hinge point (MHP ) melekat di atas notochord dan memiliki bentuk seperti engsel. Selanjutnya struktur ini membentuk alur pada garis tengah bagian dorsal yang disebut sebagai neural groove. Notochord kemudian menginduksi sel MHP untuk mengurangi ketinggiannya. Hinge region yang lain selanjutnya membentuk alur yang menghubungkan neural plate dengan sisa ektoderm dan disebut sebagai dorsolateral hinge point (DLHP). Sel-sel DLHP ini meningkatkan ketinggiannya, sehingga neural plate berbentuk seperti kapak.

d.      Penutupan neural groove membentuk neural tube

Neural plate akan membengkok (invaginasi) di sekitar hinge region. Setiap hinge berperan sebagai sumbu rotasi sel-sel disekitarnya. Pergerakan epidermis dan pembengkokan neural plate ke arah mesoderm memastikan neural tube  mengalami invaginasi ke arah dalam tubuh embrio. Desakan epidermis ke arah tengah pada bagian neural groove sampai kedua ujung yang membengkok bertemu akan membentuk neural fold. Proses ini menghasilkan ektoderm terbagi menjadi epidermis (bagian atas), neural crest (bermigrasi), dan neural tube (bagian bawah).

Semoga informasi ini bermanfaat.

Fukoidan dalam ganggang Sargassum

Ganggang coklat (Phaeophyta) merupakan biota laut yang kemelimpahannya tinggi di Indonesia. Salah satu genus anggota Ganggang coklat adalah Sargassum. Anggota genus ini terdiri dari 400 spesies di dunia. Jumlah spesies yang hidup di Indonesia sebanyak 50 spesies. Morfologi Sargassum berupa untaian thalus yang bercabang-cabang dan mengambang di permukaan laut yang jernih. Panjang Sargassum dapat mencapai 1-2 m dan dicirikan dengan adanya gelembung udara. Substrat yang menjadi habitat ganggang ini berupa karang yang telah mati, benda masiv, maupun batuan vulkanik. Sargassum banyak terdapat pada zona intertidal, tidal, dan tubir laut tropis dengan kedalaman 0,5-1 m, suhu 27-30^oC, dan salinitas 30-33,5 %. Reproduksi ganggang ini secara seksual maupun aseksual (fragmentasi) (Rasyid, 2009).

Sargassum echinocarphum merupakan salah satu anggota ganggang Sargassum yang hidup sepanjang (perenial). Kemelimpahan ganggang coklat ini sangat tinggi di Indonesia.  Sargassum echinocarphum banyak ditemukan selama bulan Agustus-Oktober (Rasyid, 2009). Menurut Huisman (2007),  Sargassum echinocarphum diklasifikasikan sebagai berikut :

                                                      Kingdom : Chromista

                                                      Filum : Phaeophyta

                                                      Kelas : Phaeophyceae
                                                      Ordo   : Fucales

                                                      Famili : Sargasseae

                                                      Genus : Sargassum

                                                   Spesies : Sargassum echinocarphum J.Ag.

Penelitian mengenai penggunaan senyawa bioaktif alami sebagai imunomodulator yang berperan penting untuk meningkatkan sistem imun semakin berkembang dan menjadi lahan penelitian yang sangat potensial di bidang kesehatan. Salah satu senyawa pada Sargassum echinocarphum yang bermanfaat penting untuk meningkatkan imunitas tubuh adalah fukoidan. Senyawa ini merupakan polisakarida sulfat yang terkandung dalam ganggang coklat dan memiliki bioaktivitas sebagai aktivator sel NK (Natural Killer), sehingga berperan penting dalam imunitas alami tubuh (innate immune) dan supresi sel kanker (Ale et al., 2011). Selain itu senyawa ini memiliki toksisitas oral yang rendah, sehingga penambahan senyawa tersebut dalam produk makanan (fortifikasi) aman untuk dikonsumsi (Ale et al., 2011; Fitton, 2011).

Fukoidan merupakan sebutan untuk kelompok senyawa polisakarida sulfat yang mengandung gugus fukose, galaktosa, xilosa, dan asam glukoronat dalam jumlah yang bervariasi. Berbagai aktivitas biologis fukoidan selain sebagai immunomodulator telah dipelajari secara intensif, antara lain bioaktivitas fukoidan yang berperan sebagai antitumor, antivirus, antithrombotik, dan antikoagulan. Berdasarkan penelitian Aisa et al. (2005) dan Kim et al. (2010), Fukoidan mampu menginduksi proses reduksi jumlah sel viabel dan apoptosis pada kultur sel HS-Sultan, HCT-116, dan HT-29 yang bersifat dosis dependen.

Fukoidan dapat diekstrak dan dipurifikasi dari ganggang coklat melalui banyak tahap proses secara fisik, kimia, maupun perlakuan enzim, yang disertai dengan tahap purifikasi dan fraksinasi yang bervariasi. Ektraksi dan modifikasi senyawa fukoidan yang bervariasi dapat mempengaruhi aktivitas biologis fukoidan yang bervariasi pula. Ekstraksi fukoidan dari ganggang coklat menggunakan aquades dan milder akan menghasilkan crude fukoidan, yang berguna untuk meningkatkan imunitas hewan coba yang menderita tumor. Crude fukoidan yang didapatkan dari tahapan proses yang sederhana ini mampu meminimalisasi perubahan struktur fukoidan, sehingga karakteristik alami fukoidan akan tetap terjaga (Takahashi, 1983 ; Ale et al., 2011).

Inisiasi

Nama lengkap saya adalah Theresia Angela Merici Desy Askitosari. Saya bekerja sebagai pengajar dan peneliti di salah satu Universitas di Pulau Jawa. Saya lahir di kota Surakarta dan mengenyam pendidikan dari tingkat TK sampai SMU di kota tersebut, kemudian melanjutkan pendidikan S1 dan S2 di salah satu universitas negeri di Yogyakarta. Empat tahun kemudian, saya memperoleh kesempatan untuk melanjutkan studi S3 di negara yang tidak pernah saya bayangkan sebelumnya, Jerman. Melalui blog ini nantinya saya ingin berbagi pengetahuan, terutama yang terkait dengan ilmu Biologi dan aplikasinya. Sooo, nantikan tulisan-tulisan saya berikutnya.