Mekanisme Toksisitas dan Detoksifikasi Tembaga pada Makroalga

Gambar 6 Penampang melintang talus H. Musciformis setelah terpapar Cd selama 7 hari. A, B, C sel H. Musciformis pada media kontrol. Tanda panah menunjukkan kehadiran alga endofit diantara sel kortikal CC dan spora endofit pada lapisan mucilage. D sel H. Musciformis pada media 50 μM Cd. Tanda panah menunjukkan alga endofit. E sel H. Musciformis pada media 100 μM Cd menunjukkan penipisan lapisan mucilage dan penebalan dinding sel. F sel H. Musciformis pada media 200 μM Cd, dinding sel rusak dan semakin menipisnya lapisan mucilage disertai meningkatnya jumlah spora endofit. G, H sel H. Musciformis pada media 300 μM Cd, tanda panah menunjukkan keberadaan logam Cd terjadi akumulasi pada daerah tersebut. Bouzon et al., 2011. Munculnya noda-noda hitam pada dinding sel dikarenakan interaksi yang terjadi antara ion logam berat dengan senyawa-senyawa organik yang ada di dinding sel. Alga merah akan meningkatkan produksi senyawa-senyawa organik berupa polisakarida sulfonat agar adalah senyawa organik pada jenis Gracilaria ketika logam berat memasuki sel dan mengikatnya serta mengakumulasinya pada dinding sel Diannelidis dan Delivopoulos, 1997.

2.4 Mekanisme Toksisitas dan Detoksifikasi Tembaga pada Makroalga

Toksisitas terjadi ketika tahapan detoksifikasi sudah tidak mampu lagi mentoleransi keberadaan logam berat dalam talus. Beberapa mekanisme atau tahapan yang terjadi pada talus makroalga ketika media kultivasi terlarut logam berat Cu. Menurut Soemirat 2005 tahapan tersebut secara berurutan terdiri atas: 1 paparanadsorbsi; 2 Absorpsi; 3 distribusi; 4 metabolisme; 5 detoksifikasi akumulasiekskresi; 6 interaksi; 7 efek toksik. Proses adsorbsi adalah kemampuan zat menempel pada suatu permukaan. Senyawa organik polisakarida berupa zat agar-agar disekresikan Gracilaria untuk mengadsorbsi Cu dari media Bouzon et al., 2011. Logam berat atau nutrien dapat melakukan penetrasi ke dalam sel makroalga melalui seluruh permukaan talusnya dalam bentuk kation, anion, atau senyawa organik Bertrand dan Poirier, 2005. Proses selanjutnya adalah absorbsi Cu ke dalam talus makroalga yang terdiri dari tiga mekanisme yaitu transpor pasif difusi, difusi terfasilitasi, dan transport aktif Lobban dan Harrison, 1997. Difusi adalah mekanisme transpor zat mengikuti aliran cairan dari media dengan konsentrasi tinggi ke media berkonsentrasi rendah. Mekanisme difusi dapat dilakukan dengan dua cara, pertama dengan cara pertukaran ion ion pada dinding sel digantikan oleh ion-ion logam berat. Lapisan membran makroalga terdiri atas lipid bilayer pada permukaannya yang mengandung lapisan pengikat ion-ion yang akan diserap. Membran sel tidak saja mengatur masuknya logam-logam ke dalam sel, tetapi juga mengontrol mekanisme pembentukan ligan protein dalam sel Darmono, 1995 karena membran sel bersifat sukar dilalui impermeabel oleh ion-ion logam berat seperti Cu. Untuk dapat melintasi membran sel, ion logam berat mengalami mekanisme difusi terfasilitasi dengan bantuan suatu enzim di dalam membran sel yang disebut permease Soemirat, 2005. Permease berfungsi sebagai katalis sehingga dapat menggangu pasokan nutrien pada sel. Proses kedua adalah pembentukan senyawa kompleks antara ion-ion logam berat dengan gugus fungsional seperti karbonil, amino, thiol, hidroksi, fosfat, dan hidroksi-karboksil secara bolak balik dan cepat Lobban dan Harrison, 1997. Membran sel juga mampu memompa ion logam berat berlawanan dengan gradien konsentrasi mekanisme transpor aktif dengan menggunakan energi yang didapat dai pemecahan ATP menjadi ADP oleh hidrolisa enzim permease. Bila konsentrasi zat kecil, zat akan tetap berada di dalam sel Soemirat, 2005. Absorpsi racun ke dalam organel makroalga akan berlanjut dengan proses distribusi zat ke seluruh organel. Distribusi ini sangat ditentukan oleh afinitas zat terhadap organel dan spesifisitasnya. Telah dijelaskan di atas, tembaga berperan penting dalam proses metabolisme, kovaktor sistem kerja enzim, dan berikatan dengan protein pada membran kloroplas tilakoid membentuk plastosianin. Sehingga selama fase pertumbuhan, Cu akan terdistribusi ke seluruh organel makroalga untuk melaksanakan perannya. Namun apabila konsentrasi Cu sudah melebihi batas toleransi pertumbuhan makroalga, Cu akan terdistribusi kedinding sel, vakuola, dan apoplast lapisan ruang antar sellapisan mucilage Bertrand dan Poirier, 2005. Tembaga yang telah terdistribusi akan mengalami proses metabolisme. Metabolisme adalah transformasi zat akibat proses seluler. Pada umumnya transformasi terjadi agar zat menjadi lebih polar sehingga lebih mudah diekskresikan atau diakumulasikan Soemirat, 2005. Transformasi atau metabolisme terdiri atas dua fase yaitu fase I reaksi penguraian sehingga zat menjadi lebih reaktif terdiri dari reaksi oksidasi, reduksi, dan hidrolisis dan fase II reaksi konyugasi agar mudah diekskresikan dan reaksi tersebut terjadi di beberapa organel yaitu retikulum endoplasma, mitokondria, dan sitoplasma Soemirat, 2005. Masa pertumbuhan dengan konsentrasi Cu yang kecil akan dimanfaatkan seluruhnya dalam proses metabolisme untuk menunjang proses pertumbuhan makroalga. Namun apabila fase pertumbuhan selesai dan makroalga tetap terpapar Cu dalam waktu yang lama maka proses konyugasi akan terjadi hingga akumulasi, proses ini dinamakan detoksifikasi. Akumulasi merupakan penumpukan zat dalam talus makroalga. Bila terjadi akumulasi, maka jumlah yang diabsorpsi akan lebih besar daripada jumlah yang diekskresikan. Zat yang terakumulasi adalah zat yang relatif tidak berubah karena metabolisme dan disimpan dalam jaringan yang memiliki senyawa pengikat chelating agent. Logam berat terakumulasi dalam talus makroalga melalui mekanisme spesifik yaitu proses absorpsi, transpor aktif atau difusi terfasilitasi, dan proses pemangsaan Neff, 2002. Konsentrasi logam berat dalam talus makroalga merupakan fungsi dari kesetimbangan antara tingkat pengambilan rate of uptake dengan tingkat pengeluaran rate of excretion. Perbedaan dari kedua sistem tersebut menjelaskan bahwa telah terjadi proses akumulasi logam berat dan penyebarannya dalam talus makroalga Neff, 2002. Akumulasi terjadi karena logam berat dalam talus makroalga cenderung membentuk senyawa komplek dengan zat-zat organik yang terdapat dalam talus makroalga, sehingga logam berat terfiksasi dan tidak diekskresikan oleh makroalga yang bersangkutan Lobban dan Harrison, 1997. Beberapa senyawa organik yang berfungsi sebagai pengikat logam berat seperti protein, polisakarida, dan lemak yang terdapat di dalam makroalga relatif tinggi Lobban dan Harrison, 1997. Akumulasi dalam komponen sellular makroalga terjadi pada dinding sel, phosphate-rich granules, lapisan lemak, vakuola, dan physodes, senyawa organik spesifik pengikat logam seperti metalloprotein dan phytochelatin Andrade et al., 2004. Beberapa proses detoksifikasi makroalga untuk mencapai kembali homeostatis adalah mengakumulasi Cu pada dinding sel, mengekskresikan dan menyimpan Cu dalam vakuola, dan mengikat Cu dengan enzim phytochelatin PCs yang disintesa dari glutathione Bertrand dan Poirier, 2005; Yruela, 2005. Tahapan interaksi akan terjadi apabila kemampuan akumulasi dan detoksifikasi melebihi daya toleransi makroalga sehingga Cu akan bersifat toksik bagi organel dimulai dengan kemampuan antioksidan enzim yang sudah tidak mampu menetralisir kerusakan oksidatif pada organel, merusak struktur enzim sehingga menganggu proses metabolisme, mempengaruhi permeabilitas plasmalemma, menyebabkan hilangnya ion K + dari sel dan merubah ukuran volume sel, menghalangi proses fotosintesis dengan melepaskan penggabungan elektron transport ke NADP + , kerusakan permanen pada lamella kloroplas hingga rusaknya struktur klorofil-a, dan kematian organisme Lobban dan Harrison, 1997. Keseluruhan mekanisme toksisitas dipengaruhi oleh perubahan dalam faktor fisika kimiawi misalnya, pH, suhu, kadar garam dan ciri-ciri fisiologi dan perilaku dari organisme tersebut Connel, 2005.

2.5 Penggunaan Makroalga sebagai Biota Uji Toksisitas