STRES OKSIDATIF PADA TUMBUHAN

STRES OKSIDATIF PADA TUMBUHAN

Umi Kulsum Nur Qomariah

Wening Tri Utami

UNIVERSITAS GADJAH MADA2013

Fakultas Biologi

Presented at May 28 ‘13

Bentuk umum berupa

ROS (Reactive Oxygen Species)

1O2 O.-2

OH.

H2O2

Oksigen

singlet

Superoksida

Hidrogen

peroksida

Hidroksil

radika

l

Fotolisis air menghasilkan H+ dan O2Pada kondisi ini oksigen berada pada kondisi bentuk dasarnya yaitu

Oksigen tripletKlorofil menyerap cahaya sehingga tereksitasi tingkat energi rendah (CHL) klorofil dengan tingkat energi tinggi (CHL*)

Klorofil tripletPada saat klorofil tereksitasi, 4 kemungkinan :1. Energi dilepaskan dalam bentuk

panas2. Energi dimanfaatkan untuk fotokimia3. Energi dilepaskan secara perlahan

(fluorescense)4. Energi disalurkan ke molekul lain

seperti oksigen membentuk ROS yang bersifat destructive

Pembentukan oksigen singlet


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

Pembentukan Superoksida (O2-)


Pembentukan hidrogen peroksida (H2O2)

SOD 2O2

- + 2H H2O2 + O2

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.)Fe2+/Fe3+

H2O2 + O2- OH.

+ OH- + O2

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 selHanya dapat bereaksi dengan molekul yang ada didekatnya, karena dikendalikan secara difusi Presented at May 28 ‘13

Penyebab ROS

POLUTAN O3 Menyebabkan bleaching dan peroksidasi lipid SO2 Menyebabkan perubahan PH sitoplasma

H2O + SO2 H2SO4

Oksidasi Sulfit Sulfat meningkatkan O.-

2

• HERBISIDABeberapa herbisida dapat menghasilkan ROS secara

langsung ataupun penghambatan jalur biosintesis


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


KERUSAKAN

OKSIDATIF SELULER


PEROKSIDASI LIPID

• Perubahan struktur membranPerubahan fluiditas membran dan komunikasi selulerPerubahan signaling protein di membranPeningkatan permeabilitas ion

• Oksidasi Lipid membran oleh lox (lipooksigenase) ridgification membran

• Gangguan signaling membran


OKSIDATIVE SELULER

Campbell et al, 2011

H2O2

Semipermeabilitas hilang


Oksidasi Produk DNA

N

N N

N

NH2

OH

R

8-hydroxyadenine

N

NH

N

N

NH2

OH

R

HO

2-hydroxyadenine Wiseman & Halliwell, 1996

Mutasi produk DNA

Stress Oksidatif Bunga Pasca Polinasi

Polinasi

Senescen lebih cepat

Attri et al, 2008

Polinasi memicu sintesis ROS

Terjadi perubahan biokimia dari membran sel (ex;kebocoran elektrolit)

Sel kehilangan air

Perubahan konsentrasi H2O2 mensignaling perubahan transkripsi gen

Eliminasi lapisan aleuron

Penutupan stomata Reaksi hipersensitif &

SAR melawan patogen Pemanjangan sel akar gravitropism akar Sintesis allelopathy

Signaling oleh ROS

Laloi et al, 2004 Presented at May 28 ‘13

Penutupan Stomata

Kondisi Stress kekeringan/banjir

Sintesis H2O2

Induksi ABAPhosphatidyl

inositol 3-phosphate (PI3P)

Laloi et al, 2004

ROS dalam Transkripsi

Stress

ROS Molekul target

Increase ROS

oxidation of components of signalling pathways

activate transcription

factorsEx: mitogen activatedprotein kinase (MAPK)

Ekspresi genetic stress

programLaloi et al, 2004 Presented at May 28 ‘13

Ekspresi genetic stress

program

Enhanced tolerant stress

Hipersensitif

SAR

Lokal


Laloi et al, 2004 Presented at May 28 ‘13

ROS secara alami terdapat pada tumbuhan dari hasil samping proses metabolisme

ROS ada 4 macam yaitu superoksida, oksigen singlet, hidrogen peroksida dan hidroksil radikal

Cekaman stress biotik dan abiotik memicu sintesis ROS berlebih

ROS berperan dalam signaling aktivasi faktor transkripsi genetik stress program

KESIMPULAN


1. Bagaimana mekanisme unsur cd memberikan cekaman pada tumbuhan? Apakah sama dengan kondisi cekaman logam berat? (Muh sofi/1088Jawaban: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.

DISKUSI

1


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.

DISKUSI (lanjutan)2


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.

DISKUSI (lanjutan)3


STRES OKSIDATIF PADA TUMBUHAN

Documents

Transcript of STRES OKSIDATIF PADA TUMBUHAN