Kedelai (Glycine max) punya kadar protein nabati tertinggi di antara tanaman pangan utama dunia, yaitu 38 hingga 42 persen dari bobot kering biji. Bagi pengrajin tempe, tahu, kecap, dan susu kedelai, kadar protein dan kepadatan keping biji menentukan rendemen olahan.
Kadar protein setinggi itu bergantung pada kerja sel kedelai memproses nitrogen: mulai dari fiksasi nitrogen bebas di bintil akar sampai asimilasi nitrogen seluler yang membentuk asam amino penyusun protein di keping kotiledon biji.
1. Fiksasi Nitrogen Simbiotik dan Pengiriman Ureida
Kedelai mendapat nitrogen dari dua sumber: pupuk nitrat di tanah dan bintil akar simbiotik dengan Bradyrhizobium japonicum:
- Gas nitrogen menjadi amonium: Di bintil akar, enzim nitrogenase bakteri memecah ikatan rangkap tiga gas dari udara menjadi ion amonium ().
- Pembentukan ureida (alantoin dan asam alantoat): Amonium bebas bersifat racun bagi sel tanaman bila menumpuk. Di sel akar kedelai, amonium segera diubah menjadi senyawa organik yang disebut ureida (allantoin dan allantoic acid). Ureida memiliki rasio nitrogen terhadap karbon yang tinggi (4 atom N untuk setiap 4 atom C).
- Diangkut lewat xilem: Ureida masuk ke pembuluh xilem dan terbawa tarikan transpirasi ke daun kedelai untuk diasimilasi lebih lanjut.
2. Siklus Enzim GS-GOGAT di Kloroplas Daun
Di sel daun kedelai, nitrogen anorganik diubah menjadi asam amino organik lewat siklus enzim GS-GOGAT:
- Glutamin sintetase (GS): Amonium yang masuk kloroplas digabungkan dengan asam glutamat oleh enzim Glutamine Synthetase (GS), memakai energi ATP, dan menghasilkan asam amino glutamin.
- Glutamat sintase (GOGAT): Glutamin bereaksi dengan 2-oksoglutarat (senyawa perantara siklus asam sitrat) dengan bantuan enzim Glutamate Synthase (GOGAT), menghasilkan dua molekul asam glutamat. Satu molekul kembali ke siklus GS, sedangkan satu lagi menjadi bahan baku 20 jenis asam amino lain (seperti lisin, metionin, glisin, dan triptofan) lewat reaksi transaminasi.
- Kecepatan siklus GS-GOGAT ditentukan oleh pasokan energi gula hasil fotosintesis dan kofaktor mineral seng (Zn) serta magnesium (Mg).
3. Pemindahan Nitrogen saat Pengisian Polong (Pod Filling)
Mutu akhir biji kedelai ditentukan oleh seberapa baik protein daun dipindahkan ke biji menjelang panen:
- Daun tua membongkar protein sendiri: Pada fase R5 hingga R6, saat polong membesar, kebutuhan nitrogen biji melonjak melebihi kemampuan fiksasi bintil akar. Tanaman lalu membongkar cadangan protein di daun tua, termasuk enzim fotosintesis RuBisCO.
- Asam amino dikirim ke kotiledon: Protein daun dipecah menjadi asam amino bebas, dialirkan lewat floem ke embrio, lalu dirangkai ulang di kotiledon menjadi protein simpanan utama kedelai, yaitu glisinin dan konglisinin.
- Sulfur dan fosfat: Pembentukan protein yang baik membutuhkan sulfur () untuk menyusun asam amino bersulfur, yaitu metionin dan sistein. Pupuk majemuk berkadar sulfur pada umur 35 HST terbukti mendongkrak kadar protein biji hingga di atas 40 persen, dengan rendemen tempe yang kenyal dan padat.
