Makalah Siklus, Transformasi, dan Penyedian Sulfur (S) Biologis

                                                                             BAB I

PENDAHAULUAN

A.      Latar Belakang

Semua yg ada di bumi ini baik mahluk hidup maupun benda mati tersusun karena materi. Materi ini tersusun atas unsur-unsur kimia diantaranya karbon (C), Oksigen (O), Nitrogen (N), Hidrogen (H), & Fosfor (P). Unsur-unsur kimia tersebut / yg umum dijuluki materi dimanfaatkan produsen buat membentuk bahan organik dengan bantuan matahari energi yg berasal dari reaksi kimia. Siklus ini dikenal sebagai siklus biogeokimia karena prosesnya menyangkut perpindahan komponen bukan jasad (geo), ke komponen jasad (bio) & kebalikannya. Siklus biogeokimia pada akhirnya cenderung memiliki mekanisme umpan-balik yg bisa menata sendiri (self regulating) yg menjaga siklus itu dalam keseimbangan.

Salah satu siklus biogeokimia yakni siklus sulfur. Kita tahu jika sulfur lebih dikenal masyarakat dengan belerang yg terkandung di dalam sumber mata air panas. Di sisi lain, siklus sulfur memiliki peran penting dalam proses aliran energi dan materi yg terjadi di alam. Selain itu, siklus sulfur juga memiliki berlimpah pengaruh terhadap keberlangsungan kehidupan ekosistem serta keseimbangan dari proses siklus biogekimia itu sendiri.

Belerang atau sulfur merupakan elemen penting bagi semua kehidupan, dan secara luas digunakan dalam proses biokimia. Dalam reaksi metabolik, senyawa sulfur berfungsi sebagai bahan bakar baik dan pernafasan (oksigen-menggantikan) bahan untuk organisme sederhana. Sulfur dalam bentuk organik hadir di biotin vitamin dan tiamin, yang terakhir yang bernama untuk kata Yunani untuk belerang. Belerang merupakan bagian penting dari banyak enzim dan juga dalam molekul antioksidan seperti glutathione dan thioredoxin. Belerang organik terikat adalah komponen dari semua protein, sebagai asam amino sistein dan metionin. Ikatan disulfida sebagian besar bertanggung jawab untuk kekuatan mekanik dan terpecahkannya keratin protein, yang ditemukan di kulit terluarnya, rambut, dan bulu.

Di alam, belerang dapat ditemukan sebagai unsur murni dan sulfida dan mineral sulfat. Kristal elemen sulfur biasanya dicari oleh kolektor mineral untuk bentuk cerah mereka polyhedron berwarna. Menjadi berlimpah dalam bentuk asli, belerang dikenal di zaman dahulu, disebutkan untuk penggunaan di Yunani kuno, Cina dan Mesir. Asap belerang digunakan sebagai fumigants, dan belerang yang mengandung campuran obat yang digunakan sebagai balsem dan antiparasitics. Sulfur dirujuk dalam Alkitab sebagai belerang dalam bahasa Inggris, dengan nama ini masih digunakan dalam istilah non-ilmiah beberapa. Belerang dianggap cukup penting untuk menerima simbol sendiri alkemis nya.. Hal itu diperlukan untuk membuat kualitas terbaik dari mesiu hitam, dan bubuk kuning cerah itu dihipotesiskan oleh para alkimiawan yang mengandung beberapa sifat emas, yang mereka berusaha untuk mensintesis dari itu. Pada 1777, Antoine Lavoisier membantu meyakinkan masyarakat ilmiah bahwa belerang unsur dasar, bukan senyawa.

Elemen sulfur pernah diekstraksi dari kubah garam mana kadang-kadang terjadi dalam bentuk hampir murni, tetapi metode ini telah usang sejak akhir abad 20. Hari ini, hampir semua elemen sulfur diproduksi sebagai produk sampingan dari menghilangkan kontaminan yang mengandung sulfur dari gas alam dan minyak bumi. Menggunakan komersial elemen terutama dalam pupuk, karena kebutuhan relatif tinggi tanaman untuk itu, dan dalam pembuatan asam sulfat, bahan kimia industri primer. Terkenal lainnya menggunakan untuk elemen dalam pertandingan, insektisida dan fungisida. Banyak senyawa sulfur odiferous, dan bau gas alam odorized, aroma sigung, jeruk, dan bawang putih adalah karena senyawa belerang. Hidrogen sulfida yang dihasilkan oleh organisme hidup menanamkan bau busuk karakteristik untuk telur dan proses biologis lainnya dan elemen berkontribusi terhadap bau menyengat mereka ketika dibakar.

B.       Rumusan Masalah

1.    Bagaimana proses terjadinya siklus sulfur ?

2.    Bagaimana proses transformasi sulfur ?

3.    Bagaimana proses penyediaan sulfur biologis ?

C.      Tujuan

1.      Untuk mengetahui proses terjadinya siklus sulfur

2.      Untuk mengetahui proses transformasi sulfur

3.      Untuk mengetahui proses penyediaan sulfur biologis

 

 

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A.      Siklus Sulfur

Siklus sulfur atau daur belerang ialah perubahan sulfur dari hidrogen sulfida menjadi sulfur dioksida lalu menjadi sulfat dan kembali menjadi hidrogen sulfida lagi. Sulfur di alam diketemukan dalam aneka wujud. Dalam tanah diketemukan dalam wujud mineral, diudara dalam wujud gas sulfur dioksida, dan dalam tubuh organisme sebagai penyusun protein.

Siklus sulfur didahului karena pembentukan sulfur dari kerak bumi dan atmosfer. Secara alami, sulfur terkandung di dalam tanah dalam wujud mineral tanah. Dimana kerak bumi umumnya mengandung sekitar 0,06% belerang. Sulfida-sulfida logam terdapat dalam bebatuan plutonik, yaitu batuan yg membeku di dalam kerak bumi dan tak mencapai ke permukaan bumi. Bebatuan plutonik ini apabila hancur dan mengalami pelapukan mau membebaskan sulfida ini lewat reaksi oksidasi dan menghasilkan sulfat (SO₄^-2) yg lalu mengalami presipitasi (pengendapan) dalam wujud garam-garam sulfat yg larut.

Di atmosfer, terdapat hampir 0,05 ppm belerang dalam wujud gas belerang dioksida (SO₂) yg mewujudkan adalah hasil emisi pembakaran bahan bakar berbelerang seperti minyak bumi dan batubara yg berlimpah dihasilkan karena asap kendaraan dan pabrik / gas belerang dari gunung berapi semisal gunung arjuno di Jawa Timur. Gas SO₂ tersebut lalu terkena uap air hujan sehingga gas tersebut berubah menjadi sulfat yg jatuh di tanah, sungai dan lautan. Dimana tanah yg mengandung berlimpah belerang ialah tanah-tanah berpasir dan tanah-tanah yg cukup tinggi kandungan oksida Fe dan Al seperti mineral Pirit (FeS) dan rendah kandungan bahan organik. Sedangkan produksi sulfat lewat dekomposisi bahan organik berupa protein dan senyawa organik lainnya yang mau menghasilkan senyawa-senyawa sederhana berupa H₂S dan sulfida (S₂) yg jika teroksidasi menjadi sulfat (SO₄^-2).

Tumbuhan lalu menyerap sulfat (SO₄^-2) yang  mengendap pada tanah, sungai, dan lautan. Di dalam tubuh tumbuhan, sulfur diberdayakan sebagai bahan penyusun protein. Hewan dan manusia mendapatkan sulfur dengan jalan memakan tumbuhan yang juga dimanfaatkan sebagai energi cadangan berupa protein. Jika tumbuhan dan hewan mati, jasad renik (dekomposer) akan menguraikannya menjadi gas berbau busuk yakni H₂S dan sulfida (S₂).

Siklus sulfur dari dalam tanah, yaitu ketika ion-ion sulfat diserap karena akar dan di metabolisme menjadi penyusun protein dalam tubuh tumbuhan, ketika hewan dan manusia memakan tumbuhan, protein tersebut akan berpindah ke tubuh manusia. Dari dalam tubuh manusia senyawa sulfur mengalami metabolisme yang sisa-sisa hasil metabolisme tersebut diuraikan karena bakteri dalam lambung berupa gas dan dikeluarkan lewat kentut. Semakin besar kandungan sulfur dalam kentut kian kentut akan semakin bau.

Hidrogen sulfida (H₂S) berasal dari penguraian hewan dan tumbuhan yang mati karena mikroorganisme seperti bakteri dan jamur. Hidrogen sulfida hasil penguraian sebagian tetap berada dalam tanah dan sebagian lagi dilepaskan di udara dalam wujud gas hidrogen sulfida. Gas hidrogen sulfida di udara lalu bersenyawa dengan oksigen membentuk sulfur dioksida. Sedangkan hidrogen sulfida yg tertinggal di dalam tanah dengan bantuan bakteri akan diubah menjadi ion sulfat dan senyawa sulfur oksida. Ion sulfat akan diserap kembali karena tanaman sedangkan sulfur dioksida akan bereaksi dengan oksigen dan air membentuk asam sulfat (H₂SO₄) yang lalu jatuh ke bumi dalam wujud hujan asam. Hujan asam akan terjadi dikarenakan oleh polusi udara seperti asap-asap pabrik, pembakaran kendaraan bermotor, dll. Hujan asam bisa menjadi  penyebab korosi batu-batuan dan logam. H₂SO₄ yang jatuh kedalam tanah karena bakteri dipecah lagi menjadi ion sulfat yang kembali diserap karena tumbuhan, tumbuhan di makan oleh hewan dan manusia, makhluk hidup mati diuraikan oleh bakteri kembali menghasilkan  sulfur dan begitu seterusnya. Siklus sulfur / daur belerang tak akan pernah terhenti selama salah satu komponen penting seperti tumbuhan masih ada di permukaan bumi ini.

Dalam daur sulfur atau daur belerang, buat merubah sulfur menjadi senyawa belerang lainnya setidaknya ada dua jenis proses yang terjadi. Yaitu lewat reaksi antara sulfur, oksigen, dan air serta karena aktivitas mikroorganisme. Beberapa mikroorganisme yang berperan dalam siklus sulfur diantaranya ialah bakteri  Desulfomaculum dan bakteri Desulfibrio yang akan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam wujud hidrogen sulfida (H₂S). Lalu H₂S diberdayakan karena bakteri fotoautotrof anaerob (Chromatium) dan melepaskan sulfur serta oksigen. Lalu sulfur dioksidasi yang terbentuk diubah menjadi sulfat karena bakteri kemolititrof (Thiobacillus).

Dalam daur belerang mikroorganisme yang berperan pada setiap proses transformasi ialah sebagai berikut.

1.   H2S → S → SO4; bakteri sulfur tak berwarna, hijau dan ungu.

2.   SO4 → H2S (reduksi sulfat anaerobik), bakteri desulfovibrio.

3.   H2S → SO4 (Pengokaidasi sulfide aerobik); bakteri thiobacilli.

4.  
S organik → SO4 + H2S, masing-masing mikroorganisme heterotrofik aerobi.

Perpindahan sulfat terjadi melalui proses rantai makanan, lalu semua mahluk hidup mati dan akan diuraikan komponen organiknya oleh bakteri. Beberapa jenis bakteri yang terlibat dalam daur sulfur antara lain desulfomaculum dan  desulfibrio  yang akan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk hidrogen sulfida (H₂S). Kemudian H₂S digunakan bakteri fotoautotrof anaerob seperti Chromatium yang melepaskan sulfur dan oksigen. Sulfur dioksidasi menjadi sulfat oleh bakteri Kmolitotrof seperti Thiobacillus.

Siklus belerang relatif kompleks dimana melibatkan berbagai macam gas, mineral-mineral yang sukar larut dan beberapa spesi lainnya dalam larutan. Siklus ini berkaitan dengan siklus oksigen dimana belerang bergabung dengan oksigen membentuk gas belerang oksigen (SO₂) sebagai bahan pencemar air. Diantara spesi-spesi yang secara signifikan terlihat dalam siklus belarang adalah gas hidrogen sulfida (H₂S), mineral-mineral seperti Pbs, asam sulfat (H₂SO₄), belerang oksida (SO₂) sebagai komponen utama dari hujan asam dan belerang yang terikat dalam protein. Yang merupakan bagian dari siklus belerang yang sangat penting adalah adanya gas SO₂ sebagai bahan pencemar dan H₂SO₄ dalam atmosfer. Gas SO₂ dikeluarkan dari pembakaran bahan bakar fosil yang mengandung belerang. Efek uatama dari belerang dioksida dalam atmosfer adalah kecendruangan untuk teroksidasi menghasilkan asam sulfat, asam ini dapat menyebabkan terjadinya hujan asam.

B.       Transformasi Sulfur

Tanaman membutuhkan sulfur sebanyak jumlah phosphor. Sulfur ditemukan di sistin, sistein dan methionin, asam amino yang menyusun protein tanaman. Sulfur mengaktifkansistem enzim tertentu dan sebagai komponen pada beberapa vitamin ( Vitamin A).Walaupun sulfur dideskripsikan sebagai unsur hara sekunder, sebagian besar dikarenakan tanaman tidak mengalami defisiensi unsur sulfur sesering unsur hara seperti nitrogen, phosphor, kalium. Pada kenyataannya, banyak tanaman budidaya mengandung jumlah rerata yang cukup pada unsure sulfur dan unsure fosfat (Schulte,E and Kelling, K.E, 2012).

Proses transformasi sulfur sangat mirip dengan transformasi nitrogen, sulfur organik dan sulfur sulfide yang tereduksi bereaksi dengan oksigen membentuk sulfat (SO_4-) tersedia pada kondisi hangat, tanah yang teraerasi baik. Proses ini sangat mirip dengan konversi nitrogen organik menjadi ammonium (NH₄₊) dan nitrat (NO_3-). Sulfat kemudian diikat oleh bacteria selama proses dekomposisi sisa-sisa tanaman yang kaya karbon. Sulfur tersedia dapat juga diubah menjadi sulfide pada air tanah. Kondisi hangat pada tanah ataupun saat aerasi meningkat, sulfide yang tak tersedia bereaksi dengan oksigen untuk kembali membentuk sulfat tersedia (Schulte,E and Kelling, K.E, 2012).

  Belerang di dalam tanah didapatkan dari sisa-sisa tanaman, kotoran hewan, pupuk sulfur dan sulfat (SO₄^2-) dan juga hujan asam. Bahan organik tanah yang tersusun dari dekomposisi sisa-sisa tanaman dan kotoran hewan yang kemudian dioksidasi oleh bakteri oksidasi menjadi bentuk sulfat (SO₄^2-). Sumber sulfat lainnya adalah dari pupuk sulfat dan hujan asam yang terserap dalam tanah dalam bentuk sulfat. Sulfat kemudian mengalami reduksi oleh bakteri menjadi sulfide (S^2-), hasil dari reduksi sulfat oleh bakteri residual mengalami proses volatilisasi menjadi gas dalam bentuk H₂S. sebagian lainnya mengalami proses leaching, sebagiannya lagi diserap oleh tanaman sebagai sumber nutrisi sekunder. Sulfat juga mengalami proses immobilisasi oleh bakteri asimilisasi diubah menjadi bahan organik tanah kembali.

Unsur S diserap oleh akar tanaman dari dalam tanah dalam bentuk ion sulfat (SO₄^2-) yang kemudian mengalami proses reduksi dan asimilasi oleh tanaman menjadi APS (Adenosin Phospho Sulphate) dengan bantuan enzim ATP sulfurylase yang mengubah ATP menjadi PPi. Kemudian APS diubah menjadi Sulfit (SO₃^2-) yang kemudian diubah menjadi sulfide (S^2-). Sulfida diubah menjadi Sistein yang diubah lagi menjadi Sulfur organik.

Belerang di dalam tanah didapatkan dalam dua bentuk utama yaitu bentuk organik dan bentuk anorganik. Unsur ini diserap oleh tanaman hampir seluruhnya dalam bentuk ion sulfat (S0₄^2-) dan hanya sejumlah kecil sebagai gas belerang (SO₂) yang diserap langsung dari tanah dan atmosfir. Berdasarkan bentuknya di dalam tanah, S dapat dikelompokkan menjadi sulfat organik, sulfat terlarut, sulfat terabsorpsi, S-elemen, dan sulfida.

Pada umumnya belerang dibutuhkan tanaman dalam pembentukan asamasam amino sistin, sistein dan metionin. Disamping itu S juga merupakan bagian dari biotin, tiamin, ko-enzim A dan glutationin. Diperkirakan 90% S dalam tanaman ditemukan dalam bentuk asam amino, yang salah satu fungsi utamanya adalah penyusun protein yaitu dalam pembentukan ikatan disulfida antara rantai-rantai peptida (Tisdale et al. 1990). Belerang merupakan bagian (constituent) dari hasil metabolisme senyawa-senyawa kompleks. Belerang juga berfungsi sebagai aktivator, kofaktor atau regulator enzim dan berperan dalam proses fisiologi tanaman. Selain fungsi yang dikemukakan di atas, peranan S dalam pertumbuhan dan metabolisme tanaman sangat banyak dan penting, diantaranya (1) merupakan bagian penting dari ferodoksin, suatu komplex Fe dan S yang terdapat dalam kloroplas dan terlibat dalam reaksi oksidoreduksi dengan transfer elektron serta dalam reduksi nitrat dalam proses fotosintesis, (2) S terdapat dalam senyawa-senyawa yang mudah menguap yang menyebabkan adanya rasa dan bau pada rumput-rumputan dan bawangbawangan (Tisdale et al. 1990). Belerang dikaitkan pula dengan pembentukan klorofil yang erat hubungannya dengan proses fotosintesis dan ikut serta dalam beberapa reaksi metabolisme seperti karbohidrat, lemak dan protein (Tisdale et al. 1990). Belerang juga dapat merangsang pembentukan akar dan buah serta dapat mengurangi serangan penyakit.

 C.      Proses Penyedian Sulfur Biologis

Sulfur terjadi akibat dari proses terjadinya pembakaran bahan bakar fosil batu bara atau terjadi akibat adanya aktivitas gunung berapi, lalu asapnya itu akan naik ke atmosfer, atau udara sulfur oksida itu akan berada di awan yang menjadi hidrolidid air membentuk H2SO4, awan akan mengalami kondensasi yang akhirnya menurunkan hujan yang dikenal dengan hujan asam.

Air hujan itu akan masuk kedalam tanah yang akan diubah menjadi Sulfat yang sangat peting untuk tumbuhan. Sulfat hanya terdapat dalam bentuk anorganik (SO4), sulfat ini yang mampu berpindah dari bumi atau alam ketubuh tanaman atau tumbuhan melalui penyerapan sulfat oleh akar .Sulfur akan direduksi oleh bakteri menjadi sulfida dan berbentuk sulfur dioksida atau hidrogen sulfida. Proses daur sulfur berikut:

1.      Erupsi gunung api, kendaraan bermotor dan pabrik yang menggunakan bahan bakar fosil menghasilkan gas sulfur ke udara seperti H2S, dimetil sulfida (CH3SCH3), SO2, dan SO4. 

2.      Gas-gas yang mengandung sulfur di atmosfer bereaksi dengan awan dan turun bersama hujan dalam bentuk ion-ion sulfat. Peristiwa ini disebut dengan hujan asam. Hujan asam memiliki pH rendah dibawah 5,7. Awas! Hujan asam bersifat korosif pada bangunan dan logam. Kandungan sulfat yang tinggi pada hujan asam dapat mengancam kehidupan organisme. Banyak organisme terutama tumbuhan mati karena hujan asam.

3.      Tumbuhan menyerap sulfat anorganik dari dalam tanah dan menggunakannya untuk mensintesa protein. Sementara itu hewan mendapatkan kebutuhan sulfat organik dengan memakan tumbuhan (melalui rantai makanan).

4.      Baik hewan maupun tumbuhan akan mati dan jasadnya diurai oleh dekomposer. Sisa jasad hewan dan tumbuhan yang mati secara aerob terurai membentuk sulfat anorganik lagi. 

5.      Bila proses penguraiannya terjadi secara anaerob maka akan terbentuk senyawa sulfida yang busuk dan beracun. Senyawa busuk ini juga dihasilkan secara anaerob dari reduksi sulfat oleh bakteri sulfur. Contoh bakteri sulfur misalnya Sulfolobus sp., jenis bakteri termofilik yang suka hidup di habitat ekstrim dengan suhu 60°-80°C (hidup di mata air belerang).

6.      Ada juga bakteri yang merugikan kesuburan tanah karena mengubah sulfat menjadi asam sulfida sampai menjadi belerang. Proses ini dikenal dengan desulfurikasi. Contoh bakteri yang tersebut adalah Spirrillum desulfuricant. 

7.      Jasad mati makhluk hidup yang tertimbun selama berjuta-juta tahun menjadi bahan bakar fosil yang mengandung sulfur. Gas sulfur akan dihasilkan tiap kali terjadi bahan bakar fosil digunakan.

8.      Sulfat yang larut di perairan juga bisa naik ke atmosfer saat terjadi penguapan (daur hidrologi). 

                                                                         Daur Sulfur

    Siklus atau daur ini memiliki fungsi tertentu yaitu pertama adalah untuk membantu pembentukan butir hijau daun sehingga daun menjadi lebih hijau. Kedua untuk menambah kandungan protein dan vitamin hasil panen, dan meningkatkan jumlah anak yang menghasilkan (pada tanaman padi).          

Selain itu daur sulfur juga berperan penting pada proses pembulatan zat gula, memperbaiki warna, aroma, dan kelenturan daun tembakau ( khusus pada tembakau omprongan) dan memperbaiki aroma, mengurangi penyusutan selama penyimpangan, memperbesar umbi dan bawang merah.

                                                                             BAB III

PENUTUP

A.      Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat di tarik dari makalah ini adalah:

1.      Siklus belerang relatif kompleks dimana melibatkan berbagai macam gas, mineral-mineral yang sukar larut dan beberapa spesi lainnya dalam larutan. Siklus ini berkaitan dengan siklus oksigen dimana belerang bergabung dengan oksigen membentuk gas belerang oksigen (SO₂) sebagai bahan pencemar air.

2.      Proses transformasi sulfur sangat mirip dengan transformasi nitrogen, sulfur organik dan sulfur sulfide yang tereduksi bereaksi dengan oksigen membentuk sulfat (SO_4-) tersedia pada kondisi hangat, tanah yang teraerasi baik. Proses ini sangat mirip dengan konversi nitrogen organik menjadi ammonium (NH₄₊) dan nitrat (NO_3-). Sulfat kemudian diikat oleh bacteria selama proses dekomposisi sisa-sisa tanaman yang kaya karbon. Sulfur tersedia dapat juga diubah menjadi sulfide pada air tanah.

3.      Penyediaan Sulfur terjadinya karena adanya hujan asam, air hujan itu akan masuk kedalam tanah yang akan diubah menjadi Sulfat yang sangat peting untuk tumbuhan. Sulfat hanya terdapat dalam bentuk anorganik (SO4), sulfat ini yang mampu berpindah dari bumi atau alam ketubuh tanaman atau tumbuhan melalui penyerapan sulfat oleh akar .Sulfur akan direduksi oleh bakteri menjadi sulfida dan berbentuk sulfur dioksida atau hidrogen sulfida.

B.       Saran

Diharapkan pembaca bisa memahami apa itu sulfur, mengapa sulfur perlu untuk dipehami. Sulfur merupakan unsur hara essensial makro sekunder bagi tanaman, kekurangan unsur sulfur pada tanaman akan menyebabkan gejala sakit pada tanaman. Untuk itu sangat penting jika kita memahami tentang gejala defesiensi sulfur ini pada tanaman.