Transcript Umi – Wening - WordPress.com
STRES OKSIDATIF PADA TUMBUHAN
Umi Kulsum Nur Qomariah Wening Tri Utami Fakultas Biologi UNIVERSITAS GADJAH MADA 2013
Presented at May 28 ‘13
Bentuk umum berupa ROS (Reactive Oxygen Species)
1 O 2 O . 2 H 2 O 2 OH .
Pembentukan oksigen singlet
Fotolisis air menghasilkan H+ dan O2 Pada kondisi ini oksigen berada pada kondisi bentuk dasarnya yaitu
Oksigen triplet
Klorofil menyerap cahaya sehingga tereksitasi tingkat energi rendah (CHL) klorofil dengan tingkat energi tinggi (CHL*)
Klorofil triplet
Pada saat klorofil tereksitasi, 4 kemungkinan : 1.
Energi dilepaskan dalam bentuk panas 2.
3.
Energi dimanfaatkan untuk fotokimia Energi dilepaskan secara perlahan 4.
(fluorescense) Energi disalurkan ke molekul lain seperti oksigen membentuk ROS yang bersifat destructive
Presented at May 28 ‘13
Pembentukan Superoksida (O2-)
Pengaturan aktivasi dari Siklus Calvin Benson dan kontrol aliran elektron merupakan factor yang penting dalam penentuan kondisi redoks dari kelompok feredoksin. Hal ini penting karena feredoksin dan pembawa electron pada PSI mempunyai potensial elektrokimia negatif yang cukup untuk mendonasikan electron ke oksigen yang mengakibatkan formasi radikal bebas dari superoksida
Presented at May 28 ‘13
Pembentukan hidrogen peroksida (H
2
O
2
)
2O 2 SOD + 2H H 2 O 2 + O 2 Hidrogen peroksida diproduksi oleh dismutasi radikal superoksida yang dikatalis oleh SOD (Superoxide dismutase) Hidrogen peroksida mempunyai toksisitas rendah tp dapat bekerja ditempat yang jauh dengan produksinya
Pembentukan radikal hidroksil (OH
.
)
Fe 2+ /Fe 3+
H
2
O
2
+ O
2
-
OH
.
+ OH
-
+ O
2 Radikal hidroksil dibentuk dari superoksida melalui dengan bantuan Fe atau Cu Radikal hidroksil lebih toksik daripada superoksida karena dapat bereaksi dengan makromolekul biologi yang tidak dapat dipulihkan oleh metabolisme sel Hanya dapat bereaksi dengan molekul yang ada didekatnya, karena dikendalikan secara difusi
Presented at May 28 ‘13
Presented at May 28 ‘13
Penyebab ROS
•
POLUTAN
O3 Menyebabkan bleaching dan peroksidasi lipid SO2 Menyebabkan perubahan PH sitoplasma H 2 O + SO 2 H 2 SO 4 Oksidasi Sulfit Sulfat meningkatkan O . 2
HERBISIDA
Beberapa herbisida dapat menghasilkan ROS secara langsung ataupun penghambatan jalur biosintesis
Presented at May 28 ‘13
PENYEBAB ROS
LOGAM BERAT
Fe
Mengkatalisis hidroksil radikal dan oksigen toksik
CU 2+
Lipid Peroxidation Bleaching Penurunan kalase endogen
Cadmium (Cd)
Menurunkan klorofil Menginduksi lipoxygenase –I SOD dan CAT
Presented at May 28 ‘13
KERUSAKAN OKSIDATIF SELULER
Presented at May 28 ‘13
PEROKSIDASI LIPID
• Perubahan struktur membran Perubahan fluiditas membran dan komunikasi seluler Perubahan signaling protein di membran Peningkatan permeabilitas ion • Oksidasi Lipid membran oleh ridgification membran
lox
(lipooksigenase) • Gangguan signaling membran
Presented at May 28 ‘13
Campbell et al, 2011
OKSIDATIVE SELULER
H 2 O 2 Semipermeabilitas hilang
Presented at May 28 ‘13
Oksidasi Produk DNA
NH 2 N N N N R
8-hydroxyadenine
OH
Mutasi produk DNA
NH 2 HO N N N H N R
2-hydroxyadenine
OH Wiseman & Halliwell, 1996
Stress Oksidatif Bunga Pasca Polinasi
Polinasi
Polinasi memicu sintesis ROS
Terjadi perubahan biokimia dari membran sel (ex;kebocoran elektrolit)
Sel kehilangan air Attri et al, 2008
Senescen lebih cepat
Laloi et al, 2004
Signaling oleh ROS
Perubahan konsentrasi H2O2 mensignaling perubahan transkripsi gen Eliminasi lapisan aleuron Penutupan stomata Reaksi hipersensitif & SAR melawan patogen Pemanjangan sel akar gravitropism akar Sintesis allelopathy
Presented at May 28 ‘13
Laloi et al, 2004
Penutupan Stomata
Kondisi Stress kekeringan/banjir
Sintesis H2O2 Induksi ABA
Phosphatidyl inositol 3-phosphate (PI3P)
ROS dalam Transkripsi Stress ROS Molekul target
Increase ROS oxidation of components of signalling pathways
Laloi et al, 2004
activate transcription factors Ex: mitogen activated protein kinase (MAPK)
Ekspresi genetic stress program
Presented at May 28 ‘13
Ekspresi genetic stress program Enhanced tolerant stress Hipersensitif SAR Lokal
Presented at May 28 ‘13
Laloi et al, 2004
Presented at May 28 ‘13
KESIMPULAN
ROS secara alami terdapat pada tumbuhan dari hasil samping proses metabolisme Cekaman stress biotik dan abiotik memicu sintesis ROS berlebih ROS ada 4 macam yaitu superoksida, oksigen singlet, hidrogen peroksida dan hidroksil radikal ROS berperan dalam signaling aktivasi faktor transkripsi genetik stress program
Presented at May 28 ‘13
DISKUSI 1
1.
Bagaimana mekanisme unsur cd memberikan cekaman pada tumbuhan? Apakah sama dengan kondisi cekaman logam berat? (Muh sofi/1088 Jawaban:
Cekaman tumbuhan pada Unsur cd akan menggeser unsur yang memiliki valensi atom sama pada gugus fungsional suatu senyawa. Adanya cd akan akan menghasilkan lox (enzim lipoxigenase) yang akan menjadi inhibitor bagi CAT dan SOD.
Presented at May 28 ‘13
DISKUSI (lanjutan) 2
Pada mekanisme penutupan stomata, bagaimana Hidrogen peroksida mensignaling sintesis ABA, padahal beberapa literatur menyebutkan bahwa ABA yang akan memicu sintesis hidrogen peroksida (Yuanita rachmawati/ 1091) jawaban:
kondisi stress (cekaman biotik atau abiotik) akan memicu sintesis hidrogen peroksida. hidrogen peroksida akan menginduksi sintesis ABA. ABA memberikan signal balik sehingga konsentrasi hidrogen peroksida menjadi lebih tinggi dari sebelumnya. Akumulasi hidrogen peroksida yang tinggi akan memicu sintesis antioksidan untuk menetralisir H2O2, sehingga terjadi kesetimbangan antara konsentrasi H2O2 dengan antioksidan.
Presented at May 28 ‘13
3
DISKUSI (lanjutan)
Bagaimana gugus hidroksil radikal dapat merusak tumbuhan? (Yuanita Rachmawati/1091) Jawaban:
Gugus hidroksil radikal dapat berikatan pada beberapa struktur seperti DNA, asam amino, protein dan lipid. Salah satu contoh adalah terjadinya ikatan antara adenin dengan gugus hidroksil radikal. Gugus hidroksil radikal yang berikatan pada atom no 2 struktur adenin, akan menghasilkan 2-hidroksiadenin. Perubahan struktur basa nitrogen akan merusak struktur DNA. Perubahan struktur DNA yang terjadi pada gen-gen fungsional dapat mengakibatkan silent mutation, missent mutation atau nonsen mutation sehingga mempengaruhi produk transkripsi dan translasi yang berperan untuk pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan.
Presented at May 28 ‘13
Presented at May 28 ‘13