PERANAN SENYAWA FENOL DALAM MEKANISME KETAHANAN
Oleh : Muhammad Muhammad Habibullah Riska Awalia Putri Trisnani Alif
PROGRAM STUDI FITOPATOLOGI FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2016
i
KATA PENGANTAR P ENGANTAR
Puji Syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT, yang telah memberikan rahmat, karunia, kekuatan, kemampuan, dan kelancaran kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan makalah dengan judul “Peranan Senyawa Fenol dalam Mekanisme Ketahanan Tanaman”. Maksud dan tujuan penyusunan makalah ini sebagai tugas mata
kuliah Fisiologi Penyakit Tumbuhan . Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dosen pengampuh mata kuliah yang telah banyak memberikan ilmu dan materi sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan makalah ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada rekan-rekan rekan- rekan yang telah banyak membantu penulis dalam penyelesaian makalah ini. Semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua pada umumnya dan penulis khususnya serta menjadi amal ibadah dan diberikan ridho oleh Tuhan Yang Maha Esa.
Yogyakarta, mei 2016
Penulis
ii
DAFTAR ISI
Kata Pengantar ............................................................................................
ii
Daftar Isi ......................................................................................................
iii
I. PENDAHULUAN....................................................................................
1
A. Latar Belakang ..................................................................................
1
B. Tujuan ...............................................................................................
2
II. PEMBAHASAN .....................................................................................
6
A. Metabolit sekunder ............................................................................
6
B. Senyawa fenol ...................................................................................
8
C. Respon ketahanan tanaman ...............................................................
14
III. PENUTUP .............................................................................................
21
DAFTAR PUSTAKA
iii
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dalam pertumbuhannya, tumbuhan seringkali mengalami gangguan dari berbagai patogen penyebab penyakit baik dari kelompok jamur, bakteri, virus, nematoda, dan mikoplasma. Secara umum tumbuhan akan memberikan respon terhadap serangan patogen dan respon tersebut akan bertanggung jawab terhadap resistensi tanaman terhadap patogen. Akibat adanya serangan patogen akan memberikan
reaksi
pertahanan
untuk
melindunginya.
Tanaman
akan
mempertahankan diri dengan dua cara, yaitu (i) adanya sifat-sifat struktural pada tanaman yang berfungsi sebagai penghalang fisik dan akan menghambat patogen untuk masuk dan menyebar di dalam tanaman, dan (ii) respon biokimia yang berupa reaksi-reaksi kimia yang terjadi di dalam sel dan jaringan tanaman sehingga patogen dapat mati atau terhambat pertumbuhannya. Tanaman akan memberikan respon terhadap patogen dengan cara-cara yang berbeda, Respon tersebut ada yang berinteraksi dan ada yang tidak berinteraksi. Pada kasus tertentu terjadi hubungan yang inkompatibel antara tanaman dan patogen (tanaman resisten) atau hubungan yang kompatibel (tanaman rentan). Namun interaksi yang terjadi antara tanaman dan patogen yang menyerangnya sangatlah kompleks dan banyak melibatkan reaksi-reaksi biokimia. Kejadian biokimia yang terdapat pada interaksi tanaman inang dan bukan inang dengan suatu patogen adalah sama, tetapi intensitasnya dan bentuk penampilannya tergantung pada kondisi lingkungan dan fisiologinya. Menurut Yudiarti (2012), produksi bahan kimia adalah salah satu cara yang digunakan tanaman atau tumbuhan untuk dapat tahan terhadap infeksi penyakit. Salah satu senyawa yang dihasilkan dalam proses biokimia yang berfungsi dalam mekanisme ketahanan tanaman adalah senyawa fenol. Serangan patogen dapat meningkatkan respirasi jaringan tanaman yang tahan. Hal ini terkait dengan aktivasi sistem pertahanan tanaman yang memerlukan energi dan prekursor bagi biosintesis senyawa yang berperan langsung (bersifat antimikrobia) maupun tidak langsung (sebagai prekursor ketahanan struktural) Metabolisme sekunder yang terkait erat dengan peningkatan respirasi tersebut adalah biosintesis senyawa
4
fenolat (Agrios, 2005). Berdasarkan uraian tersebut, penulis bermaksud menulis makalah dengan judul “Peranan Senyawa Fenol dalam Mekanisme Ketahanan Tanaman”.
5
II. PEMBAHASAN
A. Metabolit sekunder
Metabolit sekunder merupakan senyawa yang dihasilkan atau disintesa pada sel dan group taksonomi tertentu pada tingkat pertumbuhan atau stress tertentu. Senyawa ini diproduksi hanya dalam jumlah sedikit tidak terus-menerus untuk mempertahankan diri dari habitatnya dan tidak berperan penting dalam proses metabolism utama (primer). Pada tanaman, senyawa metabolit sekunder memiliki beberapa fungsi, diantaranya sebagai atraktan (menarik serangga penyerbuk), melindungi dari stress lingkungan, pelindung dari serangan hama/penyakit (phytoaleksin), pelindung terhadap sinar ultra violet, sebagai zat pengatur tumbuh dan untuk bersaing dengan tanaman lain (alelopati). Senyawa metabolit sekunder memiliki struktur yang lebih komplek dan sulit disintesa, jarang dijumpai di pasaran karena masih sedikit (15%) yang telah berhasil diisolasi sehingga memiliki nilai ekonomi tinggi (mahal harganya) (Mariska, 2013). Metabolit sekunder yang merupakan hasil samping atau intermediet metabolisme primer: 1. Berperan penting pada dua strategi resistensi, yaitu: a) level struktur, phenyl propanoid adalah komponen utama polimer dinding polimer lignin dan suberin, b) menginduksi antibiotik pertahanan yang berasal dari fenolik dan terpenoid (fitoaleksin) 2. Melindungi tumbuhan dari gangguan herbivor dan menghindari infeksi yang disebabkan oleh patogen mikrobia. Tumbuhan menggunakan metabolit sekunder sebagai antibiotik atau agen sinyal selama interaksi dengan patogen 3. Menarik polinator dan hewan penyebar biji 4. Berperan sebagai agen kompetisi antar tanaman
5. Memberikan kontribusi yang bernilai terhadap hubungan antara tumbuhan dan lingkungannya
Kelompok utama metabolit sekunder ada tiga, yaitu: terpen, senyawa fenol dan produk sekunder mengandung nitrogen.
6
Gambar 1. Produksi metabolit sekunder erat terkait dengan jalur dari / metabolisme primer (Sumber : nptel.ac.in) Cara meningkatkan produksi metabolit sekunder
Produksi senyawa metabolit sekunder melalui kultur sel/jaringan tidak selalu
lebih
tinggi
hasilnya.
Padas
sitem
produksi
metabolit
sekunder
menggunakan kultur sel/akar dengan bioreactor dapat ditingkatkan hasilnya dengan cara menambahkan senyawa pemacu atau precursor. Cara ini banyak diterapkan pada proses produksi skala industry, karena lebih murah, cepat dan mudah membentuk senyawa akhir. Namun ada beberapa hambatan dalam penggunaan precursor , yaitu lambatnya proses transport dari precursor ke dalam sel target dan masih terbatasnya jenis precursor . Menurut Mariska (2013) Faktor yang mempengaruhi produksi metabolit sekunder diantaranya : 1. Formulasi/komposisi media kultur. 2. Faktor fisik (suhu, cahaya,kelembaban dll). 3. Faktor genetik (genotipa sel). 4. Faktor Stress lingkungan (logam berat, elicitor, sinar UV). B. Senyawa fenol
Senyawa fenolik yang tanaman yang merupakan salah satu kelompok metabolit sekunder yang paling umum dan senyawa yang menyebar luas dalam tanaman. Seperti yang dinyatakan oleh Harborne (1989) istilah "fenolik" atau "polifenol" didefinisikan sebagai senyawa kimia yang memiliki cincin aromatik
7
bantalan satu (fenol) atau lebih (polifenol) substituen hidroksil, termasuk derivatif fungsional (ester, methyl eter, glikosida, dll. Fenol sendiri merupakan produk alami tetapi kebanyakan fenolat memiliki dua atau lebih gugus hidroksil. Kecuali mereka benar-benar diesterifikasi, dieterifikasi atau glikosilasi, fenolat tanaman biasanya larut dalam pelarut organik polar. Dengan beberapa pengecualian, kelarutan air meningkat jumlah gugus hidroksil. Beberapa fenolat yang dilarutkan dalam natrium hidroksida dan natrium karbonat tetapi dalam media basa oksidasi akan meningkat dan karena ituperlakuan dengan pelarut alkali baik harus dilakukan di bawah N2 atau lebih dihindari. Fenolat dengan hanya beberapa kelompok hidroksil yang larut dalam eter, kloroform, etil asetat, metanol, dan etanol (Van Sumere,1989). ,Metanol, etanol, air, dan campuran alkohol-air yang paling sering digunakan untuk melarutkan senyawa fenolik untuk tujuan analisis (Lattanzio et al., 2006). Senyawa fenolik meliputi aneka ragam senyawa yang berasal dari tumbuhan yang mempunyai ciri sama, yaitu cincin aromatik yang mengandung satu atau dua gugus OH3. Senyawa penolik di alam saangatr luas, mempunyai pariasi srtukrur yang luas, mudah d temukan di semua tanaman, daun, bunga dan buah.ribuan
senyawa penolik alam,telah diketahui struktrunya antara lain
Flavonoid fenol monosiklik sederhana, fenil fropanoaid,polifenol(lignin, melain, tannin), dan quoin fenolik (Supriyanti, 2009. Banyak senyawa fenolik alami mengadung sekurang-kurangnya satu gugus hidroksil dan lebih banyak yang membentuk senyawa eter, ester, atau glioksida. Senyawa ester ,atau eter fenol tersebut memiliki kelarutan yang lebih besar dalam air dari pada senyawa fenol dan glioksidanya. Dalam keadaan murni, senyawa fenol berupa zat padat yang tidak berwarna, tetapi jika teroksidasi akan berubah menjadi gelap. Kelarutan fenol dalam air akan bertambah, jika gugus hidroksil makin banyak. Senyawa fenolik memiliki aktivitas biologis yang beraneka ragam, dan banyak digunakan dalam reaksi enzimatik oksidasi kopling sebagai substrat donor H. Reaksi oksidasi kopling, selain membutuhkan suatu oksidator juga memerlukan adanya suatu senyawa yang dapat mendonorkan H. Senyawa fenolik merupakan contoh ideal dari senyawa yang mudah mendonorkan atom H. Adapun menurut Supriyanti (2009) senyawa fenolik diantaranya:
8
a) Asam amino aromatik
Asam amino aromatik ini meliputi a) Fenilalanin, yang merupakan suatu asam amino penting dan banyak terdapat pada makanan, biasa disingkat dengan Phe atau F, yang bersamasama dengan asam amino tirosin (Tyr, Y) dan triptofan (Trp, W) merupakan kelompok asam amino aromatik yang memiliki cincin benzena. Fenil alanin mempunyai gugus – R aromatic. Kelas senyawa sekunder fenolik yang terbanyak di tumbuhan diperoleh dari phenylalanin melalui eliminasi molekul ammonia dari asam sinamat. Reaksi ini dikatalis oleh phenylalanine ammonia lyase (PAL), enzim yang paling banyak dipelajari pada metabolisme sekunder tumbuhan. Phenylalanin berada pada titik percaba ngan antara metabolisme primer dan sekunder sehingga reaksi yang dikatalisnya adalah tahap regulasi yang penting pada pembentukan banyak senyawa fenolik. Aktivitas PAL dapat ditingkatkan oleh faktor lingkungan, seperti nutrien yang rendah, cahaya (melalui pengaruhnya pada fitokrom) dan infeksi fungi. Kontrolnya terjadi pada inisiasi transkripsi. Contohnya, invasi fungal memicu transkripsi mRNA yang mengkode PAL, sehingga meningkatkan jumlah PAL di tumbuhan, yang akan menstimulir sintesis senyawa fenol. Regulasi aktivitas PAL pada tumbuhan menjadi semakin kompleks adanya banyak gen pengkode berbagai PAL, beberapa diantaranya hanya diekspresikan pada jaringan spesifik atau hanya dibawah kondisi lingkungan tertentu. Reaksi-reaksi selanjutnya yang dikatalisis PAL adalah penambahan gugus hidroksil dan substituen lainnya. Trans-sinamic acid, p-coumaric acid dan derivatnya adala senyawa fenol sederhana yang disebut phenyl propanoid karena mengandung cincin benzen. b) Tirosin merupakan satu dari 20 asam amino penyusun protein. Ia memiliki satu gugus fenol (fenil dengan satu tambahan gugus hidroksil). Bentuk yang umum adalah L-tirosina (S -tirosina), yang juga ditemukan dalam tiga isomer struktur: para, meta, dan orto. Pembentukan tirosina menggunakan bahan baku fenilalanina oleh enzim fenilalanin hidroksilase. Enzim ini
9
hanya membuat para-tirosina. Dua isomer yang lain terbentuk apabila terjadi "serangan" dari radikal bebas pada kondisi oksidatif tinggi (keadaan stress). Oksidasi tirosina menghasilkan monoiodotirosin (MIT) dan diiodotirosin (DIT). Kombinasi dari dua molekul DIT menghasilkan hormon tiroksin (T4), sedangkan kombinasi antara molekul DIT dan MIT melalui proses monodeiodinasi menghasilkan hormon T3 Rumus kimia C9H11 NO3 tirosin memiliki peran kunci dalam pengaktifan beberapa enzim tertentu melalui proses fosforilasi (membentuk fosfotirosina). c) Triptofan merupakan satu dari 20 asam amino penyusun protein yang bersifat esensial bagi manusia. Gugus fungsional yang dimiliki triptofan, tidak dimiliki asam-asam amino dasar lainnya. Akibatnya, triptofan menjadi prekursor banyak senyawa biologis penting yang tersusun dalam kerangka indol. Asam amino ini banyak dikandung oleh cokelat, oat , durian, mangga, dried dates, wijen, chickpeas, biji bunga matahari, biji labu, kacang. Rumus kimia C11H12 N2O2
b) Indole Acetat Acid ( IAA )
Senyawa ini terdapat cukup banyak di ujung koleoptil tanaman kearah cahaya. Dua mekanisme sintesis IAA yaitu pelepasan gugus amino dan gugus karboksil akhir dari rantai triftopan. Enzim yang paling aktif untuk mengubah triptofan menjadi IAA terdapat di jaringan muda seperti meristem tajuk, daun, serta buah yang sedang tumbuh. Semua jaringan ini kandungan IAA nya paling tinggi karena disintesis didaerah tersebut. IAA terdapat di akar pada konsentrasi yang hamper sama dengan di bagian tumbuhan lainnya. IAA sangat sangat memacu pemanjangan akar pada konsentrasi rendah. IAA adalah auksin endogen atau auksin yang terdapat dalam
tanaman.
IAA
berperan
dalam
aspek
pertumbuhan
dan
perkembangan tanaman yaitu pembesaran sel pada koleoptil atau batan.
10
c) Asam Shikimat dan Asam Transinamat
Asam shikimat dapat menggantikan asam amino essential fenilalanin, tirosin, dan triptofan dalam auksotropik mutan Escherichia coli hingga menjadi zat antara dalam serangkaian biosintesis. Asam transinamat merupakan senyawa fenol yang dihasilkan dari lintasan asam shikimat, dan reaksi berikutnya. Bahan dasarnya adalah fenilalanin, dan tirosin. Turunannya berupa fitoaleksin, kumarin, lignin, dan berbagai flavonoid senyawa yang sedikit larut dalam air. . d) Fenolik Sederhana
Golongan senyawa-senyawa yang termasuk fenolik sederhana antara lain meliputi guaiakol, vanilli dan kresol.
Umumnya radikal fenoksi yang
terbentuk dari senyawa golongan fenolik
terhadap gugus sederhana,
mengalami pengkopelan pada posisi orto atau para terhadap gugus hidroksi fenolat3. Senyawa fenolik yang keluar ke dalam tanah akan menghambat pertumbuhan tumbuhan lain. Dari bagian tumbuhan yang terurai akan mengeluarkan berbagai metabolit primer dan sekunder ke lingkungan. Jika suatu tumbuhan dapat mereduksi pertumbuhan tumbuhan yang ada di dekatnya maka dapat meningkatkan aksesnya terhadap cahaya, air dan nutrien. Senyawa alelopati adalah senyawa yang dikeluarkan tumbuhan yang berpengaruh toksik pada tumbuhan lain di sekitarnya.
e) Fenil Propanoid
Fenil propanoid merupakan senyawa fenol alam yang mempunyai cincin aromatik dengan rantai samping terdiri dari 3 atom karbon. Golongan fenil propanoid yang paling tersebar luas adalah asam hidroksi sinamat, yaitu suatu senyawa yang merupakan bangunan dasar lignin . Empat macam asam hidroksi
sinamat banyak terdapat dalam tumbuhan. Keempat
senyawa tersebut yaitu
asam ferulat, sinapat, kafeat dan p-kumarat5.
Radikal fenoksi dari senyawa ini umumnya mengalami pengkopelan di posisi atom C8, membentuk struktur dengan jembatan 8-8
11
f) Lignin
Lignin adalah bahan organik terbanyak kedua di tumbuhan setelah selulosa. Lignin terikat secara kovalen dengan selulosa dan polisakarida lain di dinding sel sehingga sulit diekstraksi. Lignin umumnya dibentuk dari tiga phenylpropanoid alkohol yang berbeda, yaitu: coniferyl, coumaryl, dan sinapyl alkohol yang disintesis dari phenylalanin melalui berbagai derivat asam sinamat Senyawa-senyawa golongan fenil propanoid membentuk suatu senyawa dimer dengan struktur lignin. Senyawaan lignan memiliki struktur dasar (struktur induk) yang terdiri dari 2 unit fenil propanoid yang tergabung melalui ikatan tertentu. Ikatan khas ini digunakan sebagai dasar penamaan lignan6. Penggabungan 2 unit fenil propanoid dapat pula terjadi melalui ikatan selain
membentuk 8-8, yang digolongkan ke dalam
neolignan. Sedangkan jika 2 unit fenil propanoid bergabung melalui atom O, senyawa yang terbentuk tergolong dalam oxineolignan6. salah satu zat komponen penyusun tumbuhan. Komposisi bahan penyusun ini berbeda beda bergantung jenisnya. Lignin terutama terakumulasi pada batang tumbuhan berbentuk pohon dan semak. Pada batang, lignin berfungsi sebagai bahan pengikat komponen penyusun lainnya, sehingga suatu pohon bisa berdiri tegak Berbeda dengan selulosa yang terbentuk dari gugus karbohidrat, struktur kimia lignin sangat kompleks dan tidak berpola sama. Gugus aromatik ditemukan pada lignin, yang saling dihubungkan dengan rantai alifatik, yang terdiri dari 2-3 karbon. Selain berperan dalam suport mekanik lignin juga berfungsi sebagai pelindung yang signifikan pada tumbuhan. Struktur lignin yang kaku dan kuat menyebabakan lignin tidak mudah dicerna oleh herbivora atau patogen. g) Asam Ferulat
Asam ferulat adalah turunan dari golongan asam hidroksi sinamat, yang
memiliki kelimpahan yang tinggi dalam dinding sel tanaman.
Sebagai prekursor dalam pembuatan senyawa aromatik lain yang bermanfaat. Sebagai antioksidan, asam ferulat kemungkinan menetralkan
12
radikal bebas, seperti spesies oksigen reaktif (ROS). Asam ferulat adalah senyawa fenolik yang dapat dihasilkan salah satunya ialah dengan reaksi kondensasi vanilli dengan asam malonat.
h) Etil Ferulat
Etil ferulat tergolong ke dalam turunan senyawa asam hidroksi sinamat, yang merupakan turunan dari asam ferulat dalam bentuk ester. Senyawa fenolik ini terdistribusi secara luas pada berbagai jenis tanaman yang dapat dikonsumsi oleh makhluk hidup. Senyawa tersebut terdapat dalam tanaman,
terutama pada benih padi dan gandum, tetapi dalam jumlah
kecil. Oleh karena itu, senyawa ini biasanya disintesis dari prekursor asam ferulat7. Bentuk fisik etil ferulat berupa kristal berwarna. Pada tumbuhan, asam ferulat meningkatkan rigiditas dan kekuatan dinding sel tanaman, melalui ikatan silang
i) Flavonoid
Flavonoid merupakan golongan terbesar senyawa fenolik di samping fenol sederhana, fenilpropanoid,dan kuinonfenolik (Harborne 1986). Sebanyak 2% dari seluruh karbon yang difotosintesis oleh tanamandiubah menjadi flavonoid atau senyawa yang berhubungan erat dengannya (Markham 1988). Dalam tumbuhan, aglikon flavonoid terdapat dalam berbagai bentuk struktur. Semuanya mengandung 15 atom C dalam inti dasarnya yang
tersusun
dalam
konfigurasi
C6-C3-C6,
yaitu
dua
cincin
aromatik dihubungkan oleh 3 karbon yang dapat atau tidak dapat membentuk cincin ketiga. Cincin diberi nama A,B, dan C, atom karbon dinomori menurut sistem penomoran yang menggunakan angka untuk cincin Adan C serta angka beraksen untuk cincin B. Struktur umum flavonoid dapat dilihat pada Gambar 1.
13
Senyawa yang termasuk kedalam golongan flavonoid diantaranya: (a) Antosianin Antosianin adalah pewarna alami yang berasal dari familia flavonoid yang larut dalam air yang menimbulkan warna merah, biru, violet dan tersebar sangat luas didunia tumbuhan. Stabilitas antosianin dipengaruhi oleh pH, radiasi sinar, logam, reduktor oksidator dan suhu. (b) Flavonol flavonol adalah kelompok yang kuat, fitonutrien meningkatkan kesehatan yang dapat ditemukan dalam buah-buahan, sayuran dan t eh.
C.
Respon ketahanan tanaman
Gambar 2. Respon ketahanan tanaman terhadap patogen : peran hormon tanaman dalam menyeimbangkan respon imun dan kesehatan tanaman (Su mber : http://journal.frontiersin.org/)
Tanaman memiliki sistem pertahanan untuk mempertahankan diri dari herbivora, infeksi, serangan patogen dan lingkungan. Herbivora, hewan pemakan
14
tumbuhan
dapat
menyebabkan
stres
bagi
tumbuhan.
Tanaman
telah
mengembangkan berbagai strategi untuk mencegah atau membunuh penyerang. Respon tanaman terhadap serangan herbivor dan patogen adalah dengan pertahanan fisik seperti adanya duri dan pertahanan kimia seperti senyawa toksik/racun. Pertahanan pertama pada tanaman adalah penghalang utuh dan tidak tertembus yang terdiri dari kulit kayu dan kutikula lilin. Keduanya melindungi tanaman terhadap patogen. Perlindungan eksterior tanaman mencegah kerusakan mekanis, yang dapat memberikan titik masuk untuk patogen. Jika garis pertahanan pertama dapat dilalui, tanaman harus menggunakan mekanisme pertahanan lain, seperti racun dan enzim. Metabolit sekunder adalah senyawa yang tidak langsung berasal dari fotosintesis dan tidak diperlukan untuk respirasi atau tanaman pertumbuhan dan perkembangan. Banyak metabolit yang beracun dan bahkan dapat mematikan hewan yang menelannya. Selain itu, tanaman memiliki berbagai pertahanan yang diinduksi
dengan
adanya
patogen.
Selain
metabolit
sekunder,
tanaman
menghasilkan bahan kimia antimikroba, protein antimikroba, dan enzim antimikroba yang mampu melawan patogen. Tanaman yang dirusak oleh serangga mengeluarkan senyawa volatil untuk mengingatkan tumbuhan lain. Beberapa tanaman menarik hewan predator untuk membantu melawan herbivora spesifik. Tanaman bisa menutup stomata untuk mencegah patogen memasuki jaringan tanaman. Sebuah respon hipersensitif, di mana tanaman mengalami kematian sel yang cepat untuk melawan infeksi, dapat dimulai dengan tanaman; atau mungkin menggunakan bantuan endofit: akar melepaskan bahan kimia yang menarik bakteri menguntungkan lainnya untuk memerangi infeksi. Teknik melukai dan serangan predator mengaktifkan pertahanan dan mekanisme perlindungan di jaringan yang rusak dan menimbulkan sinyal jarak jauh atau aktivasi pertahanan dan mekanisme pelindung di bagian yang jauh dari bagian luka. Beberapa reaksi pertahanan terjadi dalam beberapa menit, sementara yang lain mungkin memerlukan waktu beberapa jam. Molekul-molekul volatil dapat berfungsi sebagai early warning system pada tanaman di sekitarnya. Asam metil jasmonat dapat aktif mengekspresikan
15
gen yang terlibat dalam pertahanan tanaman. Adapun respon pertahanan tanaman diantaranya: 1. Pertahanan yang terinduksi:
Pengenalan patogen oleh tanaman inang; karbohidrat, asam lemak yang dihasilkan fungi
Transmisi sinyal alarm ke inang; Ca, hidrogen peroksida dan enzim.
2. Pertahanan secara struktural:
Hifa yang mengelilingi sitoplasma
Penebalan dinding sel
Struktur histologi: lapisan gabus dan akar adventif
Lapisan absisi
Tylose dan gum
Pertahanan nekrotik (respon hipersensitif)
3. Pertahanan secara biokimia:
Reaksi-reaksi hipersensitif (fitoalexin, antimkrobial, parasite obligat yang penting)
Antimikrobial: fitoaleksin dan fenolik
Imunisasi
Resistensi sistemik dan local
4. Pertahanan tanaman dengan senyawa Fenol
Pertahanan tanaman dengan senyawa fenol sebagai contoh ketahanan dengan fitoaleksin. Fioaleksn adalah zat toksin yang dihasilkan oleh tanaman dalam
jumlah
yang
cukup
hanya
setelah
dirangsang
oleh
berbagai
mikroorganisme patogenik atau oleh kerusakan mekanis dan kimia. Fitoaleksin dihasilkan oleh sel sehat yang berdekatan dengan sel-sel rusak dan nekrotik sebagai jawaban terhadap zat yang berdifusi dari sel yang rusak. Fitoaleksin terakumulasi mengelilingi jaringan nekrosis yang rentan dan resisten. Ketahanan terjadi apabila satu jenis fitoaleksin atau lebih mencapai konsentrasi yang cukup untuk mencegah patogen berkembang (Agrios, 1997). Secara struktur berbeda
16
dengan isoflavonoid . Fitoaleksin isoflavonoid disintesis dari flavonoid cabang lintasan fenilpropanoid. Istilah fitoaleksin untuk pertama kali diperkenalkan oleh Muller dan Borger (1940) untuk menggambarkan senyawa fungistatik dan fungitoksik yang dihasilkan oleh kentang sebagai reaksi hasil hipersensitif terhadap ras-ras Phytopthora infestans yang tidak kompatibel. Fitoaleksin berasal dari kata Yunani phyton yang berarti tumbuhan dan alexin yang berarti senyawa penangkal atau penangkis. Sayangnya pada perang dunia kedua ilmu baru tentang fitoaleksin mengalami penundaan (Stranger, 2003 dalam Haryono, 2001:192). Biosisntesis fitoaleksin pada tanaman sakit
Ketika patogen mulai perkenalan dengan tanaman, sinyal dari patogen sudah dikenali oleh tanaman dan apabila sinyal itu tidak dikenali oleh tanaman maka tanaman akan memproduksi gen-gen yang mana memudahkan untuk patogen masuk kedalam sel. Sebaliknya, apabila sinyal dari patogen tidak dikenali oleh tanaman maka dengan segera tanaman akan mengkode gen-gen untuk memproduksi gen pertahanan. Sinyal yang dikeluarkan oleh patogen disebut sebagai elisitor. Elisitor patogen berfungsi untuk menstimulasi fitoaleksin umumnya yang memiliki berat molekul tingggi dari dinding sel patogen seperti, glukan, kitosan, glikoprotein dan polisakarida. Molekul elisistor dikeluarkan dari dinding sel fungi oleh enzim dari tanaman inang. Banyak elisitor yang tidak spesisfik, yang mana hadir pada ras yang kompatibel dan tidak kompatibel dengan patogen sehingga menyebabkan akumulasi fitoaleksin (Agrios, 2004).
Gambar 3. Struktur biokmia reaksi ketahanan tanaman (Sumber : Agrios, 2004) .
17
Biosintesis metabolit sekunder senyawa yang bersangkutan. Jalur yang biasanya dilalui dalam pembentukan metabolit sekunder ada tiga jalur, yaitu jalur asam asetat, jalur asam sikimat, dan jalur asam mevalonat (Anonim, 2016). 1. Jalur asam asetat
Poliketida meliputi golongan yang bahan alami yang digolongkan bersama besar berdasarkan pada biosintesisnya. Keanekaragaman struktur dapat dijelaskan sebagai turunan rantai poli-β-keto terbentuk oleh koupling unit-unit asam asetat (C2) via reaksi kondensasi.
2.
Jalur shikimat
Metabolit
sekunder
yang
disintesis
melalui
jalur
asam
shikimat
diantaranya adalah Asam Sinamat, Fenol, Asam benzoic, Lignin, Koumarin, Tanin, Asam amino benzoic dan Quinon (Mariska, 2013). Jalur asam sikimat merupakan jalur alternatif menuju senyawa aromatik, utamanya L-fenilalanin, Ltirosina, dan L-triptofan. Jalur ini berlangsung dalam mikroorganisme dan tumbuhan. Zantara pusat adalah asam sikimat, suatu asam yang ditemukan dalam tanaman Illicium sp. beberapa tahun sebelum perannya dalam metabolisme ditemukan. Asam ini juga terbentuk dalam mutan tertentu dari Escherichia coil. Adapun contoh reaksi yang terjadi dalam biosintesis asam polifenolat.
Gambar 4. Biosintesis melalui jalur shikimat (Sumber: www.researchgate.net)
18
Senyawa turunan sinamat termasuk senyawa fenolik alam dari golongan fenilpropanoid, yakni senyawa-senyawa dengan kerangka dasar karbon C6C3,terdiri dari cincin benzen (C6) yang terikat pada ujung dari rantai karbon propan (C3). Dari segi biogenetik senyawa turunan sinamat berasal dari jalur biosintesa asam sikhimat, seperti tercantum dalam gambar.Karena itu, pola oksidasi cincin benzen pada turunan sinamat adalah sama dengan pola oksidasi pada asam shikimat. Lazimnya cincin benzena ditemukan tersubstitusi oleh satu atau lebih gugus hidroksi atau gugus lain yang ekivalen seperti pada asam pkumarat dan asam kafeat. Sedangkan kemungkinan lain dari cincin aromatik adalah tidak tersubstitusi sama sekali seperti pada asam sikimat. Senyawasenyawa turunan sinamat ditemukan secara luas di alam, dalam tumbuhan tinggi, terutama sekali turunan p-hidroksisinamat. Senyawa-senyawa ini biasanya terikat dalam bentuk ester atau glikosidanya, dan beberapa diantaranya telah diketahui memiliki aktifitas biologis yang potensial.
3.
Asam mevalonat
Gambar 5. Jalur Mevalonat ( Sumber : en.wikipedia.org)
19
Senyawa metabolit sekunder dari jalur ini diantaranya adalah Essential oil, Squalent , Monoterpenoid, Menthol, Korosinoid, Streoid, Terpenoid, Sapogenin, Geraniol, ABA, dan GA3 (Mariska, 2013). Biosisntesisi via mevalonat secara garis besar dibagi menjadi 4 tahapan. Pertama meliputi biosintesa prekursor dasar untuk pembentukan isopentenil piropospat (IPP), kedua adalah penambahan IPP secara repetitif membentuk prekursor perantara untuk berbagai macam kelas terpenoid. Ketiga adalah elaborasi alilik penil dipospat oleh enzim terpenoid sintase yang spesifik untuk menghasilkan kerangka karbon dari terpenoid itu sendiri, dan yang terakhir adalah memodifikasi kerangka karbon secara enzimatik untuk menghasilkan diversitas struktur dan aktivitas biologis sebagai senyawa bahan alam. Signaling cascade untuk respon pertahanan tanaman tergantung sifat molekul elisitor diantaranya, protein dinding sel , protein intraseluler , peptida yang diperoleh
dari protein yang lebih besar (dari fungi) dan heptaglucan (oligosakarida kecil).
20
II. PENUTUP
3.1. Kesimpulan
1. Senyawa fenolik merupakan senyawa hasil dari metabolit sekunder. 2. Peningkatan senyawa metabolit sekunder termasuk fenol dapat disebabkan oleh beberapa hal yaitu ; Formulasi/komposisi media kultur, Faktor fisik (suhu, cahaya,kelembaban dll), Faktor genetik (genotipa sel) dan Faktor Stress lingkungan (logam berat, elicitor, sinar UV). 3. Peranan Senyawa fenol (fitoaleksin, khumarin, lignin dst) terhadap ketahanan adalah sebagai zat yang berdifusi dari sel yang rusak serta sebagai pencegah patogen berkembang.
21
Daftar Pustaka
Agrios, G.N. 1996. Ilmu Penyakit Tumbuhan. Gajah Mada University Press, Yogyakarta. Anonim,
2016. Mevalonat Pathway. (https://en.wikipedia.org/wiki/Mevalonate_pathway). Diakses tanggal 7 Juni 2016.
Anonim. 2016. Advantages Of Plant Cell, Tissue And Organ Cuture As Source Of Secondary Metabolites. (http://nptel.ac.in/courses/102103016/module4/lec31/2.html). Diakses tanggal 7 Juni 2016. Anonim.
2016. Biosintesis dan metabolisme produk alami. (elisa.ugm.ac.id/user/archive/download/.../1ec978e6c65a04c6b6d139396 306b21b). Diakses tanggal 7 Juni 2016.
Denance, Nicolas, Andrea Sánchez-Vallet, Deborah Goffner, and Antonio Molina. 2013. Disease resistance or growth: the role of plant hormones in balancing immune responses and fitness costs. http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fpls.2013.00155/full. Plant Sci. Diakses tanggal 7 Juni 2016. Harborne, J.B. 1989, Methods in Plant Biochemistry, Vol. 1 Plant Phenolics, Dey, P.M. and Harborne, J.B. (Eds.), Academic Press, London, 1. Lattanzio, Vincenzo, Veronica M. T. Lattanzio and Angela Cardinali. 2006. Role of phenolics in the resistance mechanisms of plants against fungal pathogens and insects. Phytochemistry: Advances in Research 23-67. Mariska, Ika. 2013. Metabolit Sekunder: Jalur pembentukan dan kegunaannya (http://biogen.litbang.pertanian.go.id/index.php/2013/08/metabolitsekunder-jalur-pembentukan-dan-kegunaannya/). Diakses tanggal 7 Juni 2016. Markham. K.R. 1988. Cara Mengidentifikasi Flavonoid. Terjemahan Kosasih padmawinata. ITB bandung Mastuti, Retno. 2016. Metabolit sekunder dan pertahanan tumbuhan. Jurusan Biologi ; FMIPA, Universitas Brawijaya, Malang. Najied, M. 2014. Metabolit sekunder terpenoid. http//najieeb.com diakses pada hari kamis, 7 Juni 2016. Poedjiadi. Anna & F.M Titin Supriyanti. 2009. Dasar-dasar BIOKIMIA. Jakarta : UI-Press.
22
Semangun, H. 2001. Pengantar ilmu penyakit tumbuhan. Gajah Mada University Press, Yogyakarta. Semangun, H. 2005. Pengantar ilmu penyakit tumbuhan. Gajah Mada University Press, Yogyakarta/ Tzin, Vered et al . 2013. The regulatory interaction between pathways of primary and specialized metabolism associated with the three aromatic amino acids. (https://www.researchgate.net/figure/256441081_fig1_Schematicdiagram-of-the-shikimate-pathway-aromatic-amino-acid-biosynthesis-in plants). Journal of Experimental Botany. Diakses tanggal 7 Juni 2016. Van Sumere, C.F. 1989, Methods in Plant Biochemistry, Vol. 1 Plant Phenolics, Dey, P.M. and Harborne, J.B. (Eds.), Academic Press, London, 29. Yudiarti, T. 2012. Ilmu Penyakit Tumbuhan. Graha Ilmu. Yogyakarta/
23
