FITOKELATIN
PENGERTIAN FITOKELATIN
Fitokelatin adalah suatu protein yang dihasilkan oleh tumbuhan dalam keadaan sangat tinggi kandungan logam berat di lingkungannya. Jadi dapat dikatakan bahwa fitokelatin adalah bentuk adaptasi tumbuhan terhadap cekaman logam berat di lingkungannya.
Menurut Sofia (2007), fitokelatin adalah peptida kecil yang kaya akan asam amino sistein yang mengandung belerang. Peptida ini biasanya mempunyai 2 sampai 8 asam amino sistein di pusat molekulnya, serta sebuah asam glutamat dan sebuah glisin pada ujung-ujung yang berlawanan. Protein adalah senyawa sangat kompleks yang selalu mengandung unsur-unsur karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan seringkali juga belerang. Protein tersusun atas molekul-molekul asam amino yang ujung-ujungnya saling berikatan membentuk rantai panjang. Hubungan ini terjadi dengan menggabungkan gugus karboksil dari sebuah asam amino dengan gugus amino asam amino lain, dengan mengeluarkan satu molekul air dari senyawa itu (yaitu sebuah reaksi kondensasi). Ikatan – CO – NH – yang menggabungkan kedua asam amino disebut ikatan peptida.
Sistein sendiri merupakan sebuah contoh asam amino yang mengandung belerang sebagai tambahan pada empat unsur yang umum terdapat dalam asam amino itu. Asam ini patut memperoleh perhatian khusus, karena gugus sulfidril, – SH, sangat reaktif dan pada oksidasi akan bergabung dengan gugus sulfidril dari molekul sistein lain, membentuk asam amino rangkap yaitu sistin.
PEMBENTUKAN FITOKELATIN PADA TUMBUHAN
Menurut Salisbury dan Ross (1995), fitokelatin dihasilkan oleh banyak spesies, tapi sejauh ini diketahui bahwa fitokelatin hanya dijumpai bila terdapat logam dalam jumlah yang meracuni. Fitokelatin dihasilkan pula oleh spesies yang kelebihan seng dan tembaga sehingga dapat mengawaracunkan berbagai logam esensial juga. Oleh karena itu, pembentukannya benar-benar merupakan respon tumbuhan untuk beradaptasi terhadap keadaan lingkungan yang rawan.
Salah satu penelitian yang dilakukan oleh Vogeli-Lang dan Wagnert (dalam Howe dan Merchant, 1992) menunjukkan terikatnya logam dengan fitokelatin menyebabkan terbentuknya kompleks logam fitokelatin yang akan didetoksifikasi sehingga tumbuhan mampu menahan cekaman logam berat. Dalam penelitian yang dilakukan Sofia (2007) diketahui pupuk hayati Azotobacter menghasilkan eksopolisakarida (EPS) yang dapat meningkatkan kelarutan logam berat kadmium (Cd) di tanah sehingga lebih mudah diserap tanaman. Salah satu respon tanaman terhadap Cd adalah sintesis peptida fitokelatin atau turunannya secara enzimatis dari glutation. Peptida ini disintesis dengan asam amino ujung yang berbeda, yaitu (yEC)nG, (gEC)nS, (gEC)nBA, (gEC)nE dan (gEC)n.
Sofia (2007) juga mengemukakan bahwa baru-baru ini ditemukan mekanisme toleransi yang penting dan secara filogenetis tersebar luas. Logam diawaracunkan dengan cara dikelat dengan fitokelatin, yakni peptida kecil yang kaya akan asam amino sistein yang mengandung belerang.
Fisiologi tumbuhan berkaitan dengan adanya senyawa fitokelatin
- Penyerapan unsur hara oleh tanaman dari dalam tanah
Selain karbon dan sebagian oksigen, yang keduanya berasal dari karbondioksida dalam atmosfer, unsur-unsur kimia penyusun tumbuhan umumnya diserap dari dalam tanah oleh perakaran. Semua unsur tersebut diserap sebagai garam anorganik. Hadirnya unsur mineral dalam tubuh tumbuhan tidak harus berarti bahwa unsur ini penting bagi pertumbuhannya. Silikon misalnya, sering terdapat dalam jumlah cukup besar, akan tetapi kebanyakan tumbuhan dapat tumbuh normal jika silikon itu sengaja dikeluarkan dari lingkungannya (Loveless, 1991).
Garam mineral diambil dari dalam tanah sebagai ion. Air dan garam mineral dari tanah memasuki tumbuhan melalui epidermis akar, menembus korteks akar, masuk ke dalam stele, dan kemudian mengalir naik ke pembuluh xilem sampai ke sistem tunas.
Kebanyakan proses penyerapan ini terjadi di dekat ujung akar, di mana epidermisnya permiabel terhadap air dan di mana terdapat rambut akar. Dalam Campbell (2003) disebutkan bahwa rambut akat, mikorhiza, dan luas permukaan sel-sel kortikal yang sangat besar meningkatkan penyerapan air dan mineral. Rambut akar adalah jalur terpenting dalam penyerapan di dekat ujung akar. Saat larutan tanah memasuki akar, maka luas permukaan membran sel korteks yang begitu besar meningkatkan pengambilan air dan mineral tertentu ke dalam sel.
Kehadiran logam-logam berat dalam tubuh tumbuhan, juga masuk melalui penyerapan unsur mineral ini. Logam berat yang ada di lingkungan masuk melalui akar melalui penyerapan mineral seperti biasanya. Namun karena logam berat bukan merupakan nutrisi yang dibutuhkan oleh tumbuhan, maka kehadirannya kemudian direspon dengan pembentukan senyawa fitokelatin yang akan mengikatnya. Tidak semua tumbuhan mampu menghasilkan fitokelatin, beberapa contoh yang dapat menghasilkan fitokelatin adalah Amaranthus tricolor (bayam cabut), Azotobacter (yang merupakan pupuk hayati), Vigna radiata.
- Proses fisiologi tumbuhan dalam menghasilkan senyawa fitokelatin
Beberapa faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan adalah:
- Faktor genetika
- Faktor lingkungan
- Faktor fisiologis (Indradewa, 2010)
Spesies tumbuhan secara genetis sangat beragam dalam kemampuannya untuk toleran, atau tidak toleran, terhadap unsur tak-esensial: timbal, kadmium, perak, aluminium, raksa, timah, dan sebagainya, dalam jumlah yang meracuni (Woolhouse, 1983).
Selain faktor genetis, lingkungan pun mempengaruhi proses pertumbuhan dan perkembangan suatu tumbuhan. Faktor-faktor cahaya, suhu, ketersediaan air, kelembaban udara dan topografi tanah sangat berperan dalam proses ini. Pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan tersebut berlangsung melalui suatu proses fisiologi yang dilakukan oleh tumbuhan itu sendiri. Proses fisiologi ini dilakukan secara alami oleh tumbuhan dengan memanfaatkan kemampuan fisiologisnya.
Salah satu proses fisiologi yang dapat dilakukan oleh tumbuhan adalah kemampuannya untuk beradaptasi terhadap kelebihan logam berat di lingkungannya dengan membentuk suatu senyawa protein yang disebut fitokelatin yang dapat mengikat unsur logam berat di lingkungan.
Dalam sebuah artikel pada http://digilib.its.ac.id (2010) dikatakan: Cd termasuk dalam logam berat non-esensial, dalam jumlah yang berlebih menyebabkan toksisitas pada manusia, hewan dan tumbuhan. Akumulasi pada tumbuhan dapat memicu perubahan ekspresi protein. Protein fitokelatin pada tumbuhan diketahui berperan sebagai protein pertahanan dan pengikat logam cadmium (Cd).
Penelitian Nicholson et al.(1980) menunjukan bahwa pemberian 2 mikrogram cupri sulfat per liter dalam media Vigna radiata menaikkan jumlah molekul yang mempunyai berat molekul rendah (720 kD), dan juga yang mempunyai berat molekul tinggi (lebih dari 20 kD). Naiknya protein yang mempunyai berat molekul rendah dan tinggi disebabkan karena kemampuan afinitas Cu terhadap peptida terutama pada gugus sulfhidril yang akan mengakibatkan in aktif secara fisiologi.
Bertambahnya dua macam protein yang mempunyai berat molekul berlawanan tersebut dapat mengakibatkan banyaknya ikatan kompleks logam fitokelatin bertambah. Hal ini sesuai dengan penelitian Vogeli-Lang dan Wagnert (dalam Howe dan Merchant, 1992) yang menyatakan bahwa terikatnya logam dengan fitokelatin menyebabkan terbentuknya kompleks logam fitokelatin yang akan didektoksifikasi sehingga tumbuhan mampu menahan cekaman logam berat.
Peranan fitokelatin dalam penanggulangan pencemaran
Dari beberapa literatur yang telah dikemukakan jelas sekali bahwa fitokelatin membantu tumbuhan menghadapi cekaman terhadap logam berat di lingkungan. Dalam situs http://www.scribd.com (2005) sebuah artikel menyebutkan bahwa keberadaan senyawa fitokelatin dapat mengurangi kadar logam berat yang ada di lingkungan, namun kemungkinan tidak akan mengurangi dampak yang ditimbulkan logam tersebut pada tumbuhan dan manusia jika dikonsumsi. Hal tersebut dikarenakan logam berat ini tetap terakumulasi dalam tubuh tumbuhan sehingga mengganggu metabolisme dari tumbuhan yang bersangkutan. Namun sampai sejauh mana tumbuhan dapat mentolerir gangguan metabolisme tersebut masih memerllukan penelitian lebih lanjut.
Sesuai dengan fungsinya, fitokelatin berperan mengurangi pencemaran lingkungan bagi makhluk hidup. Bila tumbuhan berada pada lingkungan di mana terjadi cekaman karena kelebihan logam berat di lingkungannya, beberapa species tumbuhan tertentu membentuk fitokelatin sebagai pertahanan dan pengikat logam tersebut.
Keberadaan senyawa fitokelatin dapat mengurangi kadar logam berat yang ada di lingkungan, namun kemungkinan tidak akan mengurangi dampak yang ditimbulkan logam tersebut pada tumbuhan dan manusia jika dikonsumsi. Hal tersebut dikarenakan logam berat ini tetap terakumulasi dalam tubuh tumbuhan sehingga mengganggu metabolisme dari tumbuhan yang bersangkutan. Namun sampai sejauh mana tumbuhan dapat mentolerir gangguan metabolisme tersebut masih memerllukan penelitian lebih lanjut (http://www.scribd.com/doc/13096662/b050205, 2010).
Logam berat yang dapat diikat oleh tumbuhan melalui fitokelatin berdasarkan beberapa penelitian yang pernah dilakukan adalah Cu, Pb, Cr, Al. Logam-logam tersebut terbukti sangat berdampak buruk bagi kesehatan manusia. Penanggulan limbah logam berat ini dapat dilakukan dengan memanfaatkan tumbuhan penghasil fitokelatin. Fitokelatin dapat mengurangi volume logam ini di lingkungan dengan mengikatnya ke dalam tubuh tumbuhan. Namun tumbuhan yang bersangkutan tidak dapat dikonsumsi lagi oleh manusia.
