Bioakumulasi Logam oleh fitoplankton

2.8. Bioakumulasi Logam oleh fitoplankton

Proses bioakumulasi biasanya diterangkan dalam sebuah model salah satunya adalah pada Gambar 2.1 yang dibuat oleh da Silva and Williams dalam Stumm and Morgan (1996). Model tersebut menggambarkan proses uptake ion logam oleh fitoplankton yang terjadi dalam dua tahapan proses meliputi pengikatan logam pada bagian luar permukaan sel yang secara biologis melepaskan ligan atau dengan gugus ligan fungsional yang terletak pada permukaan sel. Setelah pembentukan kompleks logam pada permukaan ini kemudian senyawa itu dibawa menembus membran sel -biasanya oleh molekul porter (molekul pembawa)- ke bagian dalam sel. Pada sisi bagian sel yang kontak dengan air terdapat kesetimbangan beberapa kompleks terlarut dan ligan-ligan pada permukaan dan

ion logam yang bebas. Kompetisi diantara ligan-ligan yang berbeda terhadap H + dan ion logam yang bermacam-macam membentuk kesetimbangan

multidimensional. Karena kesetimbangan ini interdependent , maka tidak ada unsur yang terbebas dari label “toksik” pada level dosis tertentu. Aspek kinetika

yang berlangsung meliputi laju reaksi pertukaran ligan, laju reaksi dan lepasnya carrier ligand L 1 , dan laju transport ML 1 melewati membran sel (biasanya dengan yang berlangsung meliputi laju reaksi pertukaran ligan, laju reaksi dan lepasnya carrier ligand L 1 , dan laju transport ML 1 melewati membran sel (biasanya dengan

pelepasan L 1 ,L 2 dan seterusnya terkait dengan laju pertumbuhan alga. Selektifitas

ion logam tertentu bergantung pada selektifitas ligan L 1 .

Molekul pembawa seringkali berupa protein. Faktor sterik juga menentukan selektifitas. Konsentrasi di dalam sel tergantung pada ketersediaan ligan L 1 , pada laju transport melewati membran dan kemungkinan laju transport keluar dari sel. Reaktifitas kimia logam diukur melalui aktifitas ion logam bebas dan efek fisiologis logam yang dimediasi oleh reaksi kimia antara logam dan berbagai ligan seluler (Morel and Hering dalam Stumm and Morgan, 1996).

Sintesis (konsentrasi umpan balik)

Permukaan >

Jebakan kinetika

Gambar 2.1. Model skematik uptake ion logam melalui membran sel fitoplankton oleh da Silva and William dalam Stumm and Morgan (1996).

Ion logam dalam sel digunakan dalam proses biokimia atau menjadi terjebak dalam bentuk tidak aktif (misalnya sebagai kompleks metallothionein ) sebagaimana dalam mekanisme detoksifikasi. Efek toksik akan terlihat pada alga ketika konsentrasi seluler ion logam toksik mencapai beberapa level kritis mendekati konsentrasi seluler minimum logam runut esensial. Sistem kemudian menjadi overflooded dengan ion logam toksik yang kemudian bereaksi dengan Ion logam dalam sel digunakan dalam proses biokimia atau menjadi terjebak dalam bentuk tidak aktif (misalnya sebagai kompleks metallothionein ) sebagaimana dalam mekanisme detoksifikasi. Efek toksik akan terlihat pada alga ketika konsentrasi seluler ion logam toksik mencapai beberapa level kritis mendekati konsentrasi seluler minimum logam runut esensial. Sistem kemudian menjadi overflooded dengan ion logam toksik yang kemudian bereaksi dengan

kondisi

kondisi

Donor oksigen > donor N/S Donor N/S + donor O

Larut dalam membran

Gambar 2. 2. Model skematik variabel penentu sifat larutan yang berada di luar dan di dalam sel (da Silva and William dalam Stumm and Morgan , 1996).

Gambar 2.2 memperlihatkan perbandingan variabel di luar dan di dalam sel yaitu pH, potensial redox (pε), jenis ligan dan kation. Di sekeliling donor oksigen di

perairan, basa kuat (seperti OH - , HCO

3 , karboksilat) lebih dominan dibandingkan basa-basa lemah (NH -

3 , HS ). Kation alkali dan alkali tanah umumnya berlimpah dibandingkan logam runut dan ligan, jadi kecenderungan untuk membentuk kompleks Ca dan Mg lebih tinggi untuk membentuk kompleks dengan logam runut. Sebaliknya, dibagian dalam sel, kondisi lebih reduktif sehingga konsentrasi

basa lemah (NH -

3 , HS ) menjadi lebih besar dibandingkan terhadap ligan donor oksigen. Konsentrasi ligan-ligan pada keadaan tersebut menjadi melebihi konsentrasi logam runut sehingga kecenderungan untuk membentuk kompleks

dengan Cu 2+ melebihi dari Ca (Stumm and Morgan ,1996).

Interaksi antara logam runut dan fitoplankton adalah bersifat timbal balik. Logam runut mempengaruhi komunitas alga, sebaliknya komunitas ini memiliki pengaruh besar terhadap sifat kimia logam runut. Fitoplankton membantu meregulasi Interaksi antara logam runut dan fitoplankton adalah bersifat timbal balik. Logam runut mempengaruhi komunitas alga, sebaliknya komunitas ini memiliki pengaruh besar terhadap sifat kimia logam runut. Fitoplankton membantu meregulasi

Uptake makro nutrien maupun logam runut oleh alga di bagian permukaan perairan diikuti oleh proses regenerasi senyawa nutrien. Senyawa nutrien tersebut kemudian kembali ke dalam lapisan perairan yang lebih dalam setelah melalui tahapan degradasi mikrobial pada partikel biogenik yang tenggelam ke dasar perairan. Siklus ini memecah konsentrasi nutrien di bagian permukaan perairan dalam rasio yang sama levelnya dalam fitoplankton dan memperkaya mereka pada bagian perairan yang lebih dalam. Rasio ini dikenal sebagai Redfield ratio . Konsep ini menunjukkan bahwa logam renik yang ada dalam fitoplankton proporsinya relatif konstan, beberapa dari logam renik ini dapat membatasi pertumbuhan biota akuatik (Stumm and Morgan, 1996; Buffle and DeVitre, 1994).