BIOKIMIA ADAPTASI TUMBUHAN

YUANITA RACHMAWATI (12/340371/PBI/1091) NURUL ISTIQOMAH (12/337966/PBI/1051)

CALCIUM SEBAGAI 2ND MESSENGER Second messenger yang pertama kali disampaikan Sutherland  suatu rangsang atau impuls adalah messenger pertama, sedangkan messenger kedua adalah cyclic AMP termasuk ion kalsium dan cyclic nucleotide lain.

MEKANISME SINYAL KALSIUM Calcium-Permeabel Ion Channel Ca2+ / H+ Antiporter Ca2+-ATPases

MEKANISME SINYAL KALSIUM Calcium-Permeabel Ion Channel Kanal ion merupakan protein membran yang terdapat pada lapisan lipid membran sel, tersusun dari beberapa sub-unit protein membentuk suatu pori-pori Fungsinya: Transport ion, Pengaturan potensial listrik melintasi membran sel, Signaling sel (Kanal Ca++)

MEKANISME SINYAL KALSIUM Calcium-Permeabel Ion Channel

MEKANISME SINYAL KALSIUM Calcium-Permeabel Ion Channel

MEKANISME SINYAL KALSIUM Calcium-Permeabel Ion Channel

MEKANISME SINYAL KALSIUM 2. Ca2+ / H+ Antiporter

MEKANISME SINYAL KALSIUM 3. Ca2+-ATPases

SINYAL CALCIUM PADA TUMBUHAN RESISTEN STRES ABIOTIK Resistensi Kekeringan Resistensi Cold (Dingin) Resistensi Salinitas

DROUGHT RESISTANCE PLANT Sinyal transduksi terinduksi ABA → Aktivasi elemen sinyal kalsium → Perubahan konsentrasi Ca2+ sitosolik ([Ca2+]cyt) → Sinyal Transduksi Ca2+ → Perubahan celah stomata → Perubahan Aliran Transpirasi→ Perubahan Laju Transpirasi → Perubahan Efisiensi Transpirasi → Perubahan WUE tanaman.

COLD RESISTANCE / RESISTEN SUHU RENDAH Channel Ca2+ memainkan peranan penting dalam pertumbuhan rambut akar dan aklimatisasi suhu rendah pd tanaman chilling-resistance. Hal tersebut berkaitan dengan fungsi Ca2+-ATPase dibawah suhu 20C yang merupakan faktor kunci dlm perkembangan ketahanan dingin pada gandum salju (winter wheat).

COLD RESISTANCE / RESISTEN SUHU RENDAH Pada wheat (gandum) adanya kemampuan ketahanan pd kondisi cekaman dingin karena peranan dari agent cold-resistant yg berupa CR-4, dalam menjaga stabilitas membran plasma Ca2+ ATPase . Pada tanaman mutan Arabidopsis menunjukkan bahwa reduksi tonoplas pd aktivitas antiport Ca2+/H+ (CAX1), karena munculnya CAX1 dalam perkembangan thdp respon aklimasi dingin. Pada alfalfa, aksi dari Ca2+ influx berperan sbg sinyal transduksi thd aktivasi gen pada suhu rendah. - Penambahan Chelator Ca2+ yang mencegah aklimasi dingin dan ekspresi dari gen cold-regulated. - Penambahan Ca2+ ionophore menginduksi ekspresi gen cold acclimation-specific pada suhu 250C.

ALFALFA IN COLD STRESS

SALT RESISTANCE / RESISTEN SALINITAS Cekaman garam diinduksi oleh pengaruh signal Ca2+ yang dpt digambarkan pd homeostasis Na dan toleranci thdp garam. Aktivasi CaM diperlukan dalam promosi kalsium thdp adanya akumulasi prolin pd kalus fig yg dapat mengurangi inhibisi pertumbuhan kalus fig pd kondisi stress garam. Pada akar Barley aktivasi pd tonoplas H+-ATPase dan regulasi Na+ dan K+ meningkatkan stress NaCl yg mungkin berhubungan pd sistem Ca2+-CaM, yg juga dapat meregulasi konsentrasi Ca2+ pd sitosol. Pada Arabidopsis kerja signal Ca2+ berhubungan dgn aktivasi SOS (Salt Overly Sensitive) yg merupkan jalur transduksi sinyal yg meregulasi homeostasis Na+ dan K+ sellular

SALT RESISTANCE / RESISTEN SALINITAS Garam menginduksi [Ca2+]cyt transit pd tanaman yang dikontrol oleh ECA dan ACA Ca2+-ATPase dan transporter CAX1 dan 2. Kedua tipe transpoter tersebut diperlukan tanaman dalam merespon stress garam serta meregulasi sellular dan intersellular kerja signal Ca2+, serta meningkatkan resistensi atau toleransi.

ARABIDOPSIS IN SALT STRESS

SIMPULAN Kalsium memainkan peranan vital pada proses kehidupan dengan aksinya sebagai 2nd messenger untuk meregulasi pertumbuhan dan perkembangan tanaman seperti tanggapan terhadap respon dan adaptasi pada stress lingkungan. Signal kalsium yang mengkode elemen dan resistensi stress abiotik pada tanaman, merupakan kerja aksi elemen yang berkerja secara bersama-sama dalam mengontrol sellular dan interselluler konsentrasi Ca2+ yang dapat meningkatkan resitensi dan toleransi tanaman terhadap stress kekeringan, dingin dan garam. Elemen penting untuk meningkatkan toleransi dan resistensi tanaman terhadap variasi stress adalah peran Ca2+ pada proses respon tanaman terhadap stress dan memainkan peranan penting dalam menjaga keseimbangan ion pada kondisi stress sellular dan subsellular.

DISKUSI Priyambodo (1039) Apa WUE itu? Dan bagaimana WUE, jalur kalsium berhubungan dengan tumbuhan tercekam? Jawaban: WUE adalah efisiensi penggunaan air oleh tanaman. Terdiri dari 2 jenis, yaitu Photosynthetic (intrinsic/instantaneous) WUE dan Integrated WUE. WUE berkaitan dengan produktivitas lahan pertanian dan mengacu pada perbandingan antara kadar air yang diberikan pada tanaman dengan laju evaporasi tanah dan transpirasi tumbuhan pada biomasa yang dihasilkan.

DISKUSI Cont’d Apa WUE itu? Dan bagaimana WUE, jalur kalsium berhubungan dengan tumbuhan tercekam? Jawaban: Cekaman  Peningkatan ABA → mengaktivasi sinyal kalsium → Perubahan konsentrasi Ca2+ sitosolik [Ca2+]cy] → Sinyal Transduksi Ca2+ → Perubahan celah stomata → Perubahan Aliran Transpirasi→ Perubahan Laju Transpirasi → Perubahan Efisiensi Transpirasi → Perubahan WUE tanaman. Tergantung pada masing-masing tumbuhan. Apabila sel dan jaringan tumbuhan memiliki kapabilitas penyimpanan defisit air seperti pada tumbuhan xerofit (ex.kaktus) maka kondisi kering tidak akan terlalu mempengaruhi WUE. Efisiensi penggunaan air pada tanaman bervariasi, bisa meningkat atau menurun pada jenis tanaman berbeda. Hal ini disebabkan metabolisme tanaman, kompartemen sel dan jaringan yang dimiliki oleh tanaman, juga berbeda.

DISKUSI Noor Nailis Sa’adah (1078) Kadar Ca2+ di dalam sel dipertahankan selalu normal. Bagaimana mekanisme jalur kalsium apabila kondisi kalsium di luar tumbuhan berlebihan. Jawaban: Memang benar, Tumbuhan akan mempertahankan kadar kalsium di dalam selnya normal (tetap seimbang). Namun di dalam sel itu sendiri pada kondisi tercekam, kalsium dalam organel akan ditranspor melalui 3 macam mekanisme transpor (yang dijelaskan sebelumnya) ke sitosolik untuk meningkatkan kadar kalsium sitosol (Ca2+cyt). Caldmodulin yang merupakan pasangan kalsium berada pada sitosol yang apabila berpasangan maka akan membentuk kompleks Ca-CAM. Kompleks ini akan mentrigger transcription factor untuk menginisiasi sintesis protein yang dibutuhkan selama kondisi tercekam.

DISKUSI Cont’d Kadar Ca2+ di dalam sel dipertahankan normal. Bagaimana mekanisme jalur kalsium apabila kondisi kalsium di luar tumbuhan berlebihan. Jawaban: Kadar kalsium yang tinggi pada tanaman akan mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Dijelaskan pada Sutara, 1996 bahwa pada Eichornia crassipes dan Pistia stratiotes kadar kalsium yang berlebih akan menyebabkan dinding sel menebal, ruang antar sel menyempit, ukuran sel mengecil, tanaman lebih pendek dari normalnya. Jika dalam mekanisme metabolisme primer terganggu seperti hal diatas, maka mekanisme jalur kalsium dalam sel juga akan mengalami gangguan.