RESPON TUMBUHAN TERHADAP CEKAMAN LOGAM BERAT Oleh KELOMPOK

RESPON TUMBUHAN TERHADAP CEKAMAN LOGAM BERAT Oleh : KELOMPOK 2 Nevy Vilanti Muh. Shofi

PENDAHULUAN Proses fisiologi pada tumbuhan Logam Racun bagi tumbuhan Konsentrasi tinggi Mengganggu transpirasi Fotosintesis Metabolisme karbohidrat Stres nutrisi Stres oksidatif Tumbuhan Jaringan kompleks Mengontrol penyerapan, akumulasi dan detoksifikasi logam

Hossain dkk, 2012

Conceptual response strategies of metal concentrations Ghosh dan Singh, 2005

Metal Excluder • mencegah logam masuk ke tubuh tumbuhan dan menjaga konsentrasi yang tetap rendah • Mekanisme merubah permeabilitas membran, merubah kapasitas pengikatan logam, mengeluarkan eksudat (agen pengkelat) lebih banyak. Metal Indicator • Mengakumulasikan logam yang mencerminkan jumlah logam di dalam tanah. • Mekanisme chelator, pengaturan kompartementasi Metal Accumulator • Mengakumulasikan logam dalam kadar yang melebihi kadar di tanah • Hyperacumulator tumbuhan yang memiliki kemampuan dalam mengakumulasikan logam dalam jumlah besar baik di bagian Ghosh dan Singh, 2005 akar, batang maupun daun.

Plant tolerant to metal

Lateks yang berwarna hijau berakaitan dengan tingginya konsetrasi Ni pada tanaman Sebertia acuminata ( Challahan dkk. 2006)

Uptake and Transport Heavy Metal in Plant Hossain dkk, 2012

Up Take Metal : Soil – Root – Shoot - Vacuole Metal Ion Transport through the Plasma Membrane in Root-to-Shoot Metal Translocation Metal Sequestration in the Vacuole by Tonoplast Transporters Manara, 2012

METAL ION TRANSPORT THROUGH THE PLASMA MEMBRANE IN ROOT The ZIP Family • Pada Arabidopsis : IRT 1 (Fe), At. IRT 1 (Ni), The NRAMP Family • NRAMPs Mn 2+, Zn 2+, Cu 2+, Fe 2+, Cd 2+, Ni 2+, dan Co 2+ • Pada arabidopsis: NRAMPs (Fe, Cd), NRAMP 1 (spesifik Fe) The Copper Transporters Family • Pada arabidopsis: COPT 1 (Co)

ROOT-TO-SHOOT METAL TRANSLOCATION The HMA Family of Transporters • At. HMA 4 Zn homeostasis and Cd detoxification The MATE Family of Efflux Proteins • FRD 3 iron-citrate efflux The Oligopeptide Transporters Family • At. YSL 2 transport Fe dan Cu ( NA kompleks)

METAL SEQUESTRATION IN THE VACUOLE BY TONOPLAST TRANSPORTERS The ABC Transporters • HMT 1 transports PC-Cd complexes The CDF Transporters • At. MTP 1 transport Zn The HMA Transporters • At. HMA 3 Cd and Zn homeostasis Ca. CA Transporters • At. CAX 2 and At. CAX 4 Akumulasi Cd NRAMP Transporters • At. NRAMP 3 and At. NRAMP 4 transport Fe

Cellular mechanism Hall, 2002

MEKANISME BIOKIMIA Metal Chelatin by Organic Acid, Amino Acid Complexing by Metallothionein Complexing by Phytochelatin Vacuolar Compartmentation Yang and Chu, 2011

Metal Chelatin by Organic Acid, Amino Acid External Exclution asam organik diekskresikan ke rizosfer membentuk ikatan komplek dengan logam merubah mobilitas & bioavailibility mencegah ion logam masuk ke dalam tumbuhan Internal tolerance detoksifikasi logam secara seluler logam yang masuk membentuk berikatan dengan asam organik di sitosol transformasi menjadi bentuk non-toxic Hossain dkk, 2012

Citric Acid afinitas kuat terhadap Cd, Ni, Co, dan Zn Oxalic Acid detoksifikasi Al Histidin Ni membentuk kompleks dg Zn , Nicotianamin mengikat Fe, Zn, Cu, dan Ni Phytat dan Al Hossain dkk, 2012 membentuk kompleks dg Zn

Complexing by Metallothionein (MT) low molecular weight, Cys-rich, heavy metal binding. MT tipe 1 lebih banyak diekspresikan di akar MT tipe 2 lebih banyak ditemukan di daun MT tipe 3 diekspresikan secara melimpah pada buah yang masak MT tipe 4 hanya ditemukan pada perkembangan biji

Peran metallothionein Bertindak dalam menjaga homeostasis logam dalam sel Sequatration logam berat Proteksi terhadap adanya kerusakan oksidative

KOMPARTEMEN VAKUOLA YANG DIMEDIASI OLEH CDF DAN Nramp CDF (cation diffusion facilitator) MTP yang terlipat pada pertukaran kation logam pada sitoplasma Nramp (natural resistance associated macrophage protein) Pertukaran kation divalen logam pada sitoplasma

KOMPARTEMEN VAKUOLA YANG DIMEDIASI OLEH CDF DAN Nramp Tumbuhan Logam berlebihan (Ernst et al. , 1992) Disimpan pada vakuola Phragmites australis Zn diamobilisasi di apoplast atau disingkirkan ke dalam vakuola lumen (Jiang & Wang, 2008)

KOMPARTEMEN VAKUOLA YANG DIMEDIASI OLEH CDF DAN Nramp S. cerevisiae COT 1 & ZRC 1 terlokalisasi pada membran vakuolar Arabidopsis ZAT/MTP 1 Toleransi terhadap kobalt, seng, dan kadmium (Kamizono dkk. , 1989; Conklin et al. , 1992; Li & Kaplan, 1998 ) transporter seng pada vakuola tananaman terlokalisasi pada membran vakuolar

KOMPARTEMEN VAKUOLA YANG DIMEDIASI OLEH CDF DAN Nramp ZAT peningkatan ketahanan Zn di akar paparan Zn tinggi (Kobae et al. , 2004; van der Zaal et al. , 1999)

KOMPARTEMEN VAKUOLA YANG DIMEDIASI OLEH CDF DAN Nramp NRAMP transporter mengangkut berbagai melintasi logam, seperti Mn 2+, membran Zn 2+, Cu 2+, Fe 2+, Cd 2+, Ni 2+, dan Co 2+ (Nevo and Nelson, 2006) Pada tumbuhan pada akar dan tunas dan terlibat dalam transportasi ion logam melalui membran plasma dan tonoplast (Krämer et al. 2007). NRAMPs di A. thaliana diperkirakan sebagai alat transportasi Fe dan Cd, NRAMP 1 memainkan peran transportasi Fe dan homeostasis (Thomine et al. 2000).

KOMPARTEMEN VAKUOLA YANG DIMEDIASI OLEH CDF DAN Nramp At. Nramp 1 pada tanaman transgenik A. thaliana menyebabkan peningkatan ketahanan tanaman terhadap konsentrasi besi yang berlebihan (Curie et al. 2000).

KOMPARTEMEN VAKUOLA YANG DIMEDIASI OLEH CDF DAN Nramp (Yi-Ping Tong et al, 2004)

CHELATION OF CADMIUM IONS BY PHYTOCHELATIN CHELATION Senyawa protein yang spesifik pada tumbuhan yang dikeluarkan pada akar untuk merubah suatu unsur sehingga dapat diserap tumbuhan konsentrasi logam beracun melebihi batas tertentu di dalam sel menyebabkan proses metabolisme aktif memberikan kontribusi terhadap produksi senyawa kelat Contoh dari chelator yaitu asam organik, asam amino, dan turunannya fosfat (Rauser, 1999)

CHELATION OF CADMIUM IONS BY PHYTOCHELATIN protein atau peptida dengan berat molekul rendah, kandungan sistein tinggi, dan kapasitas unik mengikat logam synthases PC (PCS) memainkan peran dalam distribusi dan akumulasi Cd dan beberapa logam yang sangat beracun lainnya seperti Ag, Hg, As (Cobbett, 2000; Rauser, 1999).

CHELATION OF CADMIUM IONS BY PHYTOCHELATIN

CHELATION OF CADMIUM IONS BY PHYTOCHELATIN

(J. L Hall, 2002)

Pustaka Callahan, D. L. , Baker, A. J. M. , Kolev, S. D. dan Wedd, A. G. 2006. Metal ion ligands in hyperaccumulating plants. J Biol Inorg Chem (2006) 11: 2– 12. Gosh, M dan Singh, S. P. 2005. A Review On Phytoremediation of Heavy Metals And Utilization of Its Byproducts. Applied Ecology And Environmental Research 3(1): 118. Hall, J. L. Towards Understanding Plant Response to Heavy Metal Stress. Journal of Experimental Botany, 53 (366): 1 -11. Hossain, M. A. , Piyatida, P. , Silva, J. A. T dan Fujita, M. 2012. Molecular. Mechanism of Heavy. Metal Toxicity and Tolerance in Plants: Central Role of Glutathione in Detoxification of Reactive Oxygen Species and. Methylglyoxal and in Heavy. Metal Chelation. Journal of Botany. 1 -37. Manara, A. 2012. Plant Responses to Heavy Metal Toxicity. pp. 27 -53. In Furini, A. Plants and Heavy Metals, Springer, Dordrecht Heidelberg New York London. Yang, Z dan Chu, C. 2011. Towards Understanding Plant Response to Heavy Metal Stress. pp. 59 -79. In Shanker, A. Abiotic Stress in Plant – Mechanism and Adaptation. Intech, Croatia.

TERIMA KASIH

PERTANYAAN Penanya : Nailis Sa’adah Pertanyaan : 1. Apakah 1 tumbuhan sanggup mengakumulasikan lebih dari 1 jenis logam atau hanya spesifik untuk 1 jenis logam? 2. Apakah logam yang terakumulasi dalam suatu tumbuhan berhaya bila dikonsumsi? Jawaban : 1. Ada beberapa tumbuhan mampu mengakumulasikan lebih dari satu jenis logam seperti Brassica juncea, Helianthus annus namun ada juga tumbuhan yang hanya spesifik untuk 1 jenis logam seperti Pteris vitata mengakumulasi AS. 2. Ya, tumbuhan yang mengakumulasi logam berbahaya bila dikonsumsi walapun unsur logam dalam tumbuhan terdapat dalam bentuk senyawa , namun apabila dikonsumsi dapat terurai kembali dan bersifat toksik

PERTANYAAN Penanya : Rinaldi Rizal Putra Pertanyaan : 1. Apakah tumbuhan mampu mengakumulasikan lebih dari 1 jenis logam atau hanya spesifik , apa faktor yang menentukan hal itu? 2. Apabila daun mengakumulasi logam, dan daun jatuh ke tanah, apakah unsur logam akan kembali terurai pada tanah? Jawaban : 1. Tumbuhan ada yang memiliki kemampuan mengakumulasi lebih dari 1 jenis logam. Hal ini tergantung pada transporter logam yang dimiliki oleh tumbuhan. Transporter terdapat pada membran sel sebagai protein chanel untuk keluar masuk ion logam 2. Unsur-unsur logam yang terakumulasi tersebut memungkinkan logam tersebut untuk terurai kembali

PERTANYAAN Penanya : Yuanita Rahmawati Pertanyaan : 1. Pada grafik tanaman exckuder pada awalnya menunjukkan konsentrasi rendah namun semakin meningkatnya kadar logam di luar mampu meningkatkan pula unsur logam internalnya. Pada akhirnya apakah juga akan sama seperti hiperakumulasi? 2. Apa itu chelator dan bagaimana bentuknya? Jawaban : 1. Tanaman excluder memberikan respon dengan mempertahankan kondisi internal tetap rendah kenaikan yang ditunjukkan pada grafik tidak sama dengan kenaikan pada hiperakumulator karena tanaman excluder hanya akan menimbun logam di organ akar dan tidak ditranslokasikan ke bagian atas tumbuhan, pada hiperakumulator logam ditranslokasikan dari akar untuk ditimbun di daun/batang 2. Senyawa protein yang spesifik pada tumbuhan yang dikeluarkan pada akar untuk merubah suatu unsur sehingga dapat diserap tumbuhan. Bentuk dari chelator yaitu berupa asam organik, asam amino, dan turunannya fosfat seperti Histidin, Citric Acid dan Oxalic Acid