Download Nevi – Muh. Shofi

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
akar, batang maupun daun.
Ghosh dan Singh, 2005
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
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 : IRT1 (Fe), AtIRT1 (Ni),
The NRAMP Family
• NRAMPs Mn2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+, Cd2+, Ni2+, dan Co2+
• Pada arabidopsis: NRAMPs (Fe, Cd), NRAMP1 (spesifik Fe)
The Copper Transporters Family
• Pada arabidopsis: COPT1 (Co)
ROOT-TO-SHOOT METAL
TRANSLOCATION
The HMA Family of Transporters
• AtHMA4  Zn homeostasis and Cd detoxification
The MATE Family of Efflux Proteins
• FRD3  iron-citrate efflux
The Oligopeptide Transporters Family
• AtYSL2  transport Fe dan Cu ( NA kompleks)
METAL SEQUESTRATION IN THE VACUOLE
BY TONOPLAST TRANSPORTERS
The ABC Transporters
• HMT1  transports PC-Cd complexes
The CDF Transporters
• AtMTP1  transport Zn
The HMA Transporters
• AtHMA3  Cd and Zn homeostasis
CaCA Transporters
• AtCAX2 and AtCAX4  Akumulasi Cd
NRAMP Transporters
• AtNRAMP3 and AtNRAMP4  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
 membentuk kompleks dg Zn , Ni
Nicotianamin  mengikat Fe, Zn, Cu, dan Ni
Phytat
Hossain dkk, 2012
 membentuk kompleks dg Zn dan Al
Complexing by Metallothionein
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
COT1 & ZRC1
terlokalisasi pada
membran vakuolar
Arabidopsis
Toleransi terhadap
kobalt, seng, dan
kadmium
ZAT/MTP1
(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 Mn2+,
membran
Zn2+, Cu2+, Fe2+,
Cd2+, Ni2+, dan Co2+
(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,
NRAMP1 memainkan
peran transportasi Fe
dan homeostasis
(Thomine et al. 2000).
KOMPARTEMEN VAKUOLA YANG
DIMEDIASI OLEH CDF DAN Nramp
AtNramp1 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
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. MolecularMechanism of
HeavyMetal Toxicity and Tolerance in Plants: Central Role of Glutathione in
Detoxification of Reactive Oxygen Species andMethylglyoxal and in HeavyMetal
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.
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