Cheeky Quotes

Jumat, 17 Mei 2013

Cekaman logam Cadmium



 

BAB I
PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang
Secara alami berbagai logam berat terkandung di dalam tanah, terutama tanah yang berasal dari batuan induk. Namun kegiatan manusia dapat meningkatkan level logam berat di dalam tanah dan perairan secara luar biasa. Pencemaran logam berat di lahan sekitar penambangan dan peleburan logam tercatat sangat tinggi. Hasil kajian di kawasan bekas peleburan seng di Palmerton, Pennsylvania (AS) yang telah beroperasi selama 82 tahun (Storm, et al., 1994) dan daerah pertambangan logam timbal dan seng di Kansas (AS) yang telah beroperasi selama 150 tahun (Pierzynski dan Schwab, 1993) menunjukkan, bahwa tingkat pencemaran logam berat di tanah dan air masih tetap tinggi walaupun kegiatan industri di situ telah dihentikan beberapa tahun sebelumnya.
Konsentrasi logam berat yang tinggi di dalam tanah dapat masuk ke dalam rantai makanan dan berpengaruh buruk pada organisme. Tindakan pemulihan (remediasi) perlu dilakukan agar lahan yang tercemar dapat digunakan kembali untuk berbagai kegiatan secara aman. Di samping metode remediasi yang biasa digunakan yang berbasis pada rekayasa fisik dan kimia, pada satu atau dua dasawarsa terakhir ini perhatian peneliti dan perusahaan komersial serta industri terhadap penggunaan tumbuhan sebagai agensia pembersih lingkungan tercemar telah meningkat.
Salah satu jenis zat pencemar yang dapat membahayakan kesehatan adalah logam berat, terutama yang bersifat racun dan sering mencemari lingkungan, seperti raksa (Hg), timbal (Pb) dan kadmium (Cd).  Keberadaan logam berat sebagai polutan bagi lingkungan hidup diawali dengan evolusi umat manusia dan meningkat seiring dengan berkembangnya populasi dan industrialisasi dari proses modernisasi manusia itu sendiri. Logam berat adalah senyawa kimia yang berupa logam dengan berat molekul yang tinggi dan memiliki sifat beracun. Keberadaannya di air atau air limbah dengan konsentrasi melebihi ambang batas dapat memberikan dampak negatif bagi siklus biologi yang normal di lingkungan. Tingkat kontaminasi oleh logam berat di tanah pertanian dapat mengakibatkan stress pada tumbuhan tiga kali lebih besar dibandingkan oleh pestisida.
Kadmium adalah salah satu logam toksik, tersebar dalam lingkungan melalui berbagai aktivitas manusia seperti pembuangan limbah, pupuk fosfat, aktivitas industri dan pemukiman penduduk karena selektivitasnya yang rendah tumbuhan dapat menyerap sekaligus mengakumulasi Cd yang jika berlebih dapat mengakibatkan reduksi pertumbuhan, dan kematian tumbuhan  Makalah ini mencoba memberikan uraian mengenai pencemaran logam berat cadmium dan peranan tumbuhan dalam pengendalian terhadap pencemaran tersebut.

B.     Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas di dapatkan beberapa rumusam masala, sebagai berikut :
1.      Apa sumber pencemaran logam berat kadmium (Cd) di lingkungan ?
2.      Apa akibat dari pencemaran logam berat kadmium (Cd) terhadap tumbuhan ?
3.      Bagaimana mekanisme penyerapan logam berat kadmium (Cd) pada tumbuhan ?
4.      Bagaimana cara mengatasi pencemaran logam berat kadmium (Cd) pada tumbuhan?

C.    Tujuan
1.      Untuk mengetahui tentang sumber pencemaran logam berat kadmium (Cd) di lingkungan.
2.      Untuk mengetahui dampak yang ditimbulkan dari pencemaran logam berat kadmium (Cd).
3.      Untuk mengetahui bagaimana mekanisme tuimbuhan dalam menyerap logam berat kadmium (Cd).
4.      Untuk mengetahui solusi cara mengatasi pencemaran logam berat kadmium (Cd) pada tanaman pertanian.



BAB II
PEMBAHASAN

A.    Logam Kadmium (Cd)
Kadmium pertama kali ditemukan tahun 1817 oleh seorang ilmuwan Jerman, Friedric Strochmeyer. Logam ini ditemukan dalam batuan Calamine (Seng karbonat). Kadmium diambil dari kata latin ”calamine”, yaitu cadmia. Logam ini merupakan salah satu dari tiga logam berat yang memiliki tingkat bahaya yang tinggi pada kesehatan manusia, karena beresiko tinggi pada pembuluh darah, terakumulasi pada hati dan ginjal dan terlihat pengaruhnya setelah jangka waktu lama.
Logam kadmium (Cd) termasuk dalam logam berat non-esensial, dalam jumlah yang berlebih menyebabkan toksisitas pada manusia, hewan dan tumbuhan. Logam berat adalah senyawa kimia yang berupa logam dengan berat molekul yang tinggi dan memiliki sifat beracun. Logam berbeda dengan polutan berbahaya lainnya karena logam bersifat tidak terdegradasi, dapat terakumulasi pada jaringan hidup, dan terkonsentrasi pada rantai makanan.

B.     Kadar Kadmium (Cd) dalam Tanah
Logam berat kadmium (Cd) dapat masuk dalam lingkungan, antara lain dapat disebabkan karena :
1.      Pelapukan batuan yang mengandung logam berat.
2.      Penggunaan bahan alami untuk pupuk.
3.      Pembuangan sisa limbah pabrik dan sampah.
Kandungan kadmium (Cd) dalam tanah tergantung dari batuan induk, cara terbentuknya tanah dan translokasi logam berat di tanah. Jumlah Cd normal di tanah kurang dari 1 μg Kg-1 dan tertinggi 1700 μg Kg-1, yaitu pada tanah yang diambil dari pertambangan seng. Kegiatan pemupukan fosfat alam dan pupuk kandang juga merupakan sumber pencemar Cd di lahan pertanian. Kadmium yang terakumulasi di dalam tanah merupakan sumber utama Cd yang diserap tumbuhan. Pemupukan fosfat dan pupuk kandang memiliki kontribusi terhadap peningkatan Cd pada lahan pertanian. Batuan fosfat mengandung Cd 10-980 mg Kg-1 sehingga Cd di dalam pupuk fosfat bervariasi. Pupuk fosfat mengandung Cd 30-60 mg. Penggunaan pupuk fosfat secara terus-menerus akan menyumbang Cd ke dalam tanah sebesar 2,0-7,2 g ha/tahun.

C.    Kadmium sebagai Logam Pencemar Berbahaya
Kadmium sangat potensial sebagai logam pencemar berbahaya, telah terakumulasi di dalam tanah dan sedimen, unsur ini dengan mudah diabsorpsi dan diakumulasi oleh berbagai tumbuhan. Kadmium umumnya berasal dari limbah industri cat, bahan kimia, keramik, baterai, penyepuhan, sebagai stabilisator dalam polivinil chlorida (PVC) dan bahan-bahan plastik. Bahkan di Amerika Serikat lebih dari 60% kadmium (Cd) digunakan dalam fungisida dan proses fotografi/elektroplating.
Kadmium (Cd) bersama Ni dan Zn adalah logam berat yang paling akhir diadsorpsi tanah sehingga lebih tersedia bagi tumbuhan dibandingkan beberapa logam lain, seperti Cu, Pb dan Cr. Hal ini berarti bahwa tumbuhan lebih mudah menyerap Cd dibandingkan logam lainnya seperti Pb, karena Cd terikat lemah oleh tanah. Kontaminasi kadmium pada tumbuhan tidak dapat dihilangkan dengan pencucian, karena sudah terdistribusi ke seluruh bagian tumbuhan.
Kadmium dan senyawanya (terutama senyawa asam lemah) bersifat karsinogen. Kadmium dapat terserap ke dalam tubuh melalui saluran pencernaan dan terakumulasi dalam tubuh pada hati dan ginjal. Akumulasi kadmium di ginjal dapat berlanjut hingga Pada manusia apabila Cd terakumulasi pada ginjal melebihi 200 mg Kg-1 berat badan dapat menyebabkan demineralisasi tulang dan disfungsi ginjal. Cd yang dapat ditoleransi tubuh manusia per orang adalah 400-500 μg per minggu atau 7 μg Kg-1 berat badan.

D.    Mekanisme Penyerapan Logam Kadmium pada Tumbuhan
Penyerapan logam berat oleh tumbuhan dipengaruhi oleh kompetitor, logam, ligan alam, dan buatan, karakteristik dan jenis lingkungan, tumbuhan, dan Ph larutan. Penelitian oleh Liong, dkk., (2009) mempelajari tentang penyerapan  logam kadmium menggunakan tumbuhan kangkung darat, dengan diperoleh hasil akumulasi dalam tumbuhan tersebut sebesar 3317,68 mg/kg berat kering. Proses penyerapan tersebut dikarenakan adanya suatu protein fitokelatin, sejenis metallothionein dalam tumbuhan yang dapat mengikat logam, seperti yang dilakukan oleh Nurrochmah (2008) dijumpainya fitokelatin yang banyak pada tumbuhan bayam yang diberi Cd dengan konsentrasi tinggi.
Masing-masing tumbuhan mengembangkan mekanisme akumulasi logam yang berbeda-beda. Tumbuhan yang hidup pada lahan dengan akumulasi logam tinggi memiliki protein pengikat logam atau peptida yang diberi nama fitokelatin (PCs) yang mirip dengan metalothionin pada mamalia (Chaney et al., 1997). Sifat toleran ditentukan oleh kandungan glutation (GSH), sistein (Cys) dan O-acetyl-L-serine (OAS) sedangkan kemampuan mengakumulasikan logam berat pada jaringan dipengaruhi oleh kandungan serine acetyltransferase (SAT) dan aktivitas glutation reduktase. Agar dapat masuk ke dalam jaringan tanpa meracuni tumbuhan, logam berat harus diubah menjadi bentuk yang kurang toksik melalui reaksi kimiawi atau pembentukan kompleks dengan metabolit sekunder yang dihasilkan oleh tumbuhan. Tumbuhan umumnya mengeluarkan kelompok thiol sebagai pengkelat (ligand), tetapi banyak juga metabolit yang dikeluarkan sebagai ligand tergantung jenis logam yang akan dikelat, seperti yang ditunjukkan oleh tabel dibawah ini :
Tabel. Logam-logam Berat dan Ligan Organik yang Diperlukan untuk Membentuk Kompleks dalam Jaringan Tumbuhan
Logam
Ligan Organik
Arsen (As)
Fitokelatin, thiol, glutathione, asam askorbat.
Kadmium (Cd)
Fitokelatin, glutathione, γ-glitamylcystein, thiols.
Krom (Cr)
Thiols
Tembaga (Cu)
Sitrat, metalotionin, fitokelatin 2, fitokelatin 3.
Merkuri (Hg)
Thiols
Nikel (Ni)
Nicotianamine, histidin, thiols, sitrat.
Timbal (Pb)
Fe Glutathione
Selenium (Se)
sistein, metionin.
Seng (Zn)
Fitokelatin, glutathione, γ-glitamylcystein, thiols, sitrat, malat.

Metallothionein dalam Detoksifikasi Logam
Ion logam dalam proses biologi yang komplek, termasuk perannya sebagai kofaktor atau sebagai modulator didalam reaksi biokimia oksidasi dan reduksi. Sel perlu menyimpan cadangan logam tetapi tidak berlebihan atau pada konsentrasi toksik. Ion-ion logam tersebut selanjutnya dibebaskan secara perlahan sebagai fungsi keperluan sel.
Peningkatan konsentrasi dari logam-logam esensial dan non-esensial didalam tanah, dapat memacu terjadinya gejala keracunan dan terhambatnya pertumbuhan pada sejumlah besar tumbuhan. Peranan Metallothionein (MT) didalam mekanisme detoksifikasi logam berkaitan dengan kemampuan MT dalam mengikat logam-logam yang dapat bersifat toksik seperti logam esensial (Cu+ dan Zn2+) dan logam non-esensial (Cd2+ dan Hg2+) .
MT juga digunakan sebagai indikator pencemaran karena kepekaan dan keakuratannya. Hal ini didasarkan pada suatu fenomena alam dimana logam-logam dapat tersekap di dalam jaringan tubuh organisme yang dimungkinkan karena adanya protein tersebut. Metallothionein merupakan protein pengikat logam (metal-binding protein) yang berfungsi dan berperan dalam proses pengikatan ataupun penyekapan logam di dalam jaringan setiap mahkluk hidup.
MT mengikat logam dengan sangat kuat namun pertukaran ikatan dengan protein lain juga dapat berlangsung dengan mudah. Kondisi ini disebabkan karena ikatan MT terhadap logam memiliki kestabilan thermodinamik yang tinggi tetapi dengan stabilitas kinetik yang rendah. MT mempunyai fungsi biologis sebagai distributor dan mediator intraseluler terhadap logam-logam yang diikatnya.

Mekanisme Pengikatan Logam Berat Oleh Ligan
Didalam tubuh tumbuhan logam berat akan diikat oleh ligan (fitokhelatin) dengan mekanisme sebagai berikut :
Akumulasi logam → organ tumbuhan → vakuola → akseptor kompleks logam → transport ligan (fitokhelatin) → ekskresi.
Menurut Presetyawati, (2007)  logam berat jika sudah terserap kedalam tubuh tidak dapat dihancurkan, tetapi akan tetap tinggal di dalamnya hingga nanti dibuang melalui proses ekskresi
Penyerapan dan akumulasi logam berat pada tumbuhan dibagi menjadi tiga proses, antara lain:
1.      Penyerapan logam oleh akar.
Penyerapan logam oleh akar berbeda antara tumbuhan satu dengan lainnya tergantung pada jenis tumbuhannya, misalnya dengan perubahan ph, atau ekskresi zat khelat. Ekskresi zat khelat untuk penyerapan besi disebut fitosiderofor pada rumput-rumputan.  Tumbuhan membentuk reduktase spesifik logam untuk meningkatkan penyerapan logam, tumbuhan membentuk suatu  molekul reduktase di membran akarnya yang berfungsi mereduksi logam yang selanjutnya diangkut melalui kanal khusus di dalam membran akar.
2.      Translokasi logam dari akar ke bagian tumbuhan lain.
Mekanisme ini yang berlangsung pada penyerapan logam cadmium (Cd). Setelah cadmium (Cd) dibawa masuk dalam sel akar kemudian diangkut melalui xylem, untuk meningkatkan efisiensi kadmium diikat oleh molekul khelat (dihasilkan oleh tumbuhan) seprti fitokelatin dan glutation (yang dapat terikat pada Cd). Molekul khelat lain seperti histidin mengikat logam Ni.
3.      Lokalisasi logam pada bagian sel tertentu untuk menjaga agar tidak menghambat metabolisme tumbuhan.
Untuk mencegah keracunan logam, tumbuhan memilikii mekanisme detoksifikasi, misalnya dengan menimbun logam di dalam organ tertentu seperti akar dan daun. Penimbunan Cd dapat terjadi  pada akar tumbuhan Slene dioica, daun pada tumbuhan selada air.

Tumbuhan dapat menyerap logam, peristiwa ini sebagaian besar merupakan proses pasif, meskipun ada beberapa yang terlibat di dalam ,metabolisme sel. Tumbuhan memiliki kemampuan untuk menyerap ion-ion dari lingkungannya ke dalam tubuh melalui membran sel. Dua sifat penyerapan ion oleh tumbuhan adalah sebagai berikut :
1)      Faktor konsentrasi, yaitu kemampuan tumbuhan dalam mencapai beberapa tingkat lebih besar dari konsentrasi ion dalam mediumnya.
2)      Faktor kuantitatif akan kebutuhan hara yang berbeda pada tiap jenis tumbuhan.

Strategi tumbuhan merespon logam berat tanah meliputi :
a)      Metal excluders (mencegah logam berat), tumbuhan mencegah logam berat dari media tanah dengan menjaga konsentrasi logam nerat tersebut tetap rendah dalam tanah dengan cara mengeksudat bahan kelat tumbuhan melalui akar.
b)      Metal Indicators (indikator logam berat), spesies tumbuhan secara aktif mengakumulai logam dalam akar, akumulasi logam dalam akar menyebabkan perubahan struktur normalnya menjadikan tanamna sebagai indikator logam berat.
c)      Metal accumulator plant species (mengakumulasi logam berat dalam tumbuhan), tumbuhan yang dapat menyerap kontaminan logam yang tinggi dan dapat diendapkan dalam akar, tunas, dan atau daun disebut dngan tumbuhan hiperakumulator. Batas kadar logam yang terdapat di dalam biomassa agar suatu tumbuhan dapat disebut hiperakumulator berbeda-beda tergantung pada jenis logam.
Logam umumnya akan berikatan dengan senyawa lain menjadi molekul bila dalam perairan. Ikatan ini dapat berupa garam organik maupun anorganik, garam yang diserap oleh akar dalam bentuk ion dapat bergerak melewati korteks sacara simplas dan apoplas bahkan kedua-duanya.
Melalui apoplas, ion berdifusi melalui dinding sel korteks tanpa memasuki protoplasma. Bila melalui lintasan simplas pada endodermis terjadi pemutusan kesinambungan dengan adanya pita-pita suberin yang bersifat kedap air, sehingga air dan bahan terlarut tidak dapat lewat satu sisi endodermis ke sisi lain kecuali dengan difusi melalui protoplas sel endosermis dan melalui pergerakan plasma melalui plasmodesmata. Sel-sel yang dianggap buruk pada bagian stele mempunyai kemampuan yang rendah untuk menahan ion, sehingga cenderung membocorkannya pada xylem.
Konsentrasi ion dalam cairan xilem yang lebih besar dibandingkan konsentrasi larutan di luarnya menimbulkan adanya potensial osmotik, sehingga menyebabkan penarikan air dari jaringan-jaringan sekitarnya serta menghasilkan tekanan akar. Tekanan akar akan menaikan cairan xilem, akropetal membawa larutan cairan xilem bersama aliran transpirasi, sehingga dengan jalan demikian proses perpindahan ion dari akar menuju bagian tanaman yang lebih tinggi. Komponen penting sebagai penyimpanan ion-ion logam adalah vakuola, dimana ion-ion logam tersebut diikat oleh fitokelatin.
Pada tumbuhan, logam berat dapat menghambat proses metabolisme sel dan dapat menurunkan pertumbuhannya. Hal ini terjasi karena mekanisme kerja reaksi fari logam berat terhadap protein yang pada umumnya menyerang ikatan sulfida. Ikatan sulfida yang diserang selalu pada molekul proteinnya yang kan menimbulkan kerusakan struktur yang terkait. Ion-ion logam berat efektif berikatan dengan gugus sulfuhidril seperti sistein dengan histidin dan lisin. Posisi ion-ion logam pada metaloenzim (enzim logam) dapat digantikan oleh ion-ion logam berat sehingga fungsi enzim sebagai katalisator untuk reaksi-reaksi kimia di dalam sel mengalami gangguan. Timbal dengan konsentrasi yang melebihi ambang batas akan berakibat dalam proses transpirasi, fotosintesis, respirasi, menghambat kerja enzim, mengubah permeabilitas membran dan berikatan dengan sulfuhidril.

E.     Mengatasi Pencemaran Kadmium
Cekaman Cd pada tumbuhan, hewan, dan manusia menyebabkan toksisitas, apabila terakumulasi pada tumbuhan memicu perubahan ekspresi protein. Penelitian oleh Nurrochmah, (2008) tentang Profil Protein Protein Daun Bayam Cabut pada Cekaman Logam Berat Kadmium, dengan memberikan kadar CdSO4 pada tumbuhan bayam cabut dengan 4 konsentrasi yang berbeda. Hasil analisis dengan elektroforesis menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi CdSO4 semakin banyak jumlah pita protein, pita protein tersebut diduga sebagai fitokelatin yang berfungsi sebagai protein pertahanan tumbuhan  dan pengikat logam Cd.
Untuk mengatasi cekaman Kadmium perlu diturunkan konsentrasinya, sehingga  tanah  dapat digunakan sebagai media tumbuh yang baik. Penelitian oleh Liong, dkk., (2009) menurunkan kadar Kadmium dalam tanah yang tercemar dengan menggunakan tumbuhan untuk mengakumulasinya. Penelitian ini menggunakan kangkung darat yang dapat mengakumulasi Kadmium 3317,68 mg/kg berat kering (akumulasi tinggi) dengan lama waktu tanam 21 hari. Semakin tinggi konsentrasi Cd dalam tanah makin tinggi juga konsentrasi Cd yang dapat diakumulasi, sehingga kangkung darat merupakan tumbuhan hiperakumlator terhadap Cd.
Selada air merupakan tumbuhan yang dapat mengakumulasi Kadmium di dalam daunnya. Penelitian oleh Noertjahyani dan Nunung.,(2009) menunjukkan bahwa pemberian zeolit dapat menurunkan kadar Cd, dan meningkatkan pertumbuhan tumbuhan selada air. Zeolit merupakan absorben, mengabsorpsi gas sehingga dapat menghilangkan bau, pengabsorpsi air yang tinggi sehingga dapat melindungi akar dari kekeringan, meningkatkan pertukaran ion terutama kation dan melepaskannya secara perlahan, memelihara aerasi kelembaban tanah dalam waktu lama. Semakin tinggi kadar zeolit yang diberikan semakin tinggi pula kadar Cd yang dapat diturunkan. Pada konsentrasi zeolit 6 ton ha-1 memberikan pengaruh terbaik terhadap tinggi tumbuhan  jumlah daun per tumbuhan, bobot segar per tumbuhan, bobot kering pupus, nisbah pupus akar, dan dapat menurunkan kadar Cd pupus tumbuhan selada sebesar 25,14%.
Berbagai teknik pengambilan logam berat dari air telah dikembangkan, misalnya filtrasi, pengendapan secara kimia, adsorpsi pertukaran ion, electro-deposition, dan sistem membran4. Salah satu teknik yang banyak dikembangkan adalah prinsip ekstraksi fasa padat (solid phase extraction) dengan menggunakan adsorben tertentu karena tidak membutuhkan pelarut yang berbahaya. Metode ini berdasarkan pada interaksi logam dengan gugus fungsional yang ada dipermukaan adsorben, umumnya yang mengandung gugus fungsional -OH, -NH, -SH, dan –COOH5. Salah satu sorben yang paling sering digunakan silica. Hal ini dikarenakan silika memiliki beberapa sifat unik yang tidak dimiliki oleh senyawa anorganik lainnya, seperti inert, sifat adsorpsi dan pertukaran ion yang baik, mudah dimodifikasi dengan senyawa kimia tertentu untuk meningkatkan kinerjanya, kestabilan mekanik dan termal tinggi, serta dapat digunakan untuk prekonsentrasi atau pemisahan analit karena proses pengikatan analit pada permukaan silika yang bersifat reversible.  Proses modifikasi silika dengan ligan tertentu dapat terjadi melalui 2 proses, yaitu secara kimia jika terbentuk ikatan kimia antara ligan organik dengan silika yang telah mengandung gugus amin atau klor dan secara fisik jika terjadi adsorpsi secara fisik dari ligan ke permukaan silica. Berdasarkan penelitian oleh Krismastuti, dkk (tanpa tahun)., menunjukkan penyerapan logam Kadmium dengan menggunakan silica modifikasi diperoleh penyerapan optimum dengan konsentrasi 10 ppm, PH 9, dan waktu interaksi selama 3 jam. 

F.     Penyerapan Logam Berat Oleh Mikroorganisme
Penyerapan logam berat oleh mikroorganisme pada sistem kultur terjadi dalam dua tahap, antara lain :
1.      Penyerapan pasif yang berlangsung cepat,
2.      Penyerapan aktif yang berlangsung lambat.
Tinget al. (1989) dalam Purbonegoro (2008)  menyatakan bahwa pada tingkat selular, penyerapan pasif berawal ketika logam berat berinteraksi dengan dinding sel. Dinding sel mengandung enzim ekstraselular yang berfungsi dalam penyerapan unsur-unsur yang dibutuhkan sel. Pada penyerapan aktif, logam berat tersebut ditransportasikan melalui membran sel menuju sitoplasma. Proses masuknya logam berat melintasi membran sel dapat terjadi kalau logam berat tersebut bersifat lipofilik (mudah larut dalam lipid atau lemak) Lapisan membran sel terbentuk dari dua lapisan lipid (lipid bilayer). Logam berat yang bersifat lipofilik tersebut akan larut dalam lipid dan berikatan dengan protein sel (Darmono, 2001).
         Membran sel bersifat impermeabel terhadap ion logam seperti natrium (Na+), kalium (K+), tembaga (Cu), seng (Zn), dan kadmium (Cd). Untuk dapat melintasi membran sel, ion logam berat tersebut mengalami proses difusi terfasilitasi. Dalam proses tersebut, ion logam berat mendapat bantuan suatu enzim di dalam membran sel yang disebut permease. Enzim Permease adalah suatu protein membran sel yang berikatan dengan ion logam berat sehingga ion logam tersebut dapat melintasi lapisan membran sel (Kimbal, 1998 dalam Purbonegoro, 2008).
         Dalam proses difusi terfasilitasi, ion logam berat bergerak searah dengan gradien konsentrasi, artinya konsentrasi lingkungan di luar sel hams lebih tinggi daripada di dalam sel. Membran sel juga mampu 'memompa' ion logam berat berlawanan dengan gradien konsentrasi. Proses ini disebut transport aktif dengan menggunakan energi berupa ATP yang berasal dari hasil metabolisme sel (Darnell et al, 1986;Kimbal, 1998 dan Simkiss & Taylor, 1995 dalam Purbonegoro, 2008). Setelah ion logam berat melewati membran sel, enzim-enzim dan organel sel dalam sitoplasma menjadi tujuan ion logam berat tersebut. Kloroplas merupakan organel paling sensitif terhadap logam berat, di mana logam berat tersebut berpengaruh pada proses fotosintesis (Ernst, 1998 dalam Purbonegoro, 2008)).

G.    Pengaruh Kadmium Terhadap Struktur dan Metabolisme Kloroplas
Logam biasanya bertindak sebagai kofaktor yang membantu kerja enzim pada reaksi-reaksi tertentu dalam sel. Sel perlu menyimpan cadangan logam tersebut, tetapi tidak sampai berlebihan atau pada konsentrasi yang bersifat racun. Logam tersebut selanjutnya dibebaskan secara perlahan (Lasut, 2002 dalam Pubonegoro 2008). Ketika konsentrasi logam mencapai tingkat tertentu atau berlebihan akan berdampak buruk pada proses metabolisme sel. Dalam proses fotosintesis, konsentrasi logam berat kadmium (Cd) yang berlebihan akan berpengaruh terhadap kloroplas. Pengaruh tersebut terjadi pada struktur kloroplas dan proses metabolisme yang terjadi di dalamnya (Ernst, 1998 dalam Purbonegoro, 2008).
Di samping itu struktur membran kloroplas dan membran tilakoid yang terdapat dalam sel juga terbentuk oleh lapisan atau lapisan lipid berlapis dua (lipid bilayer). Meningkatnya aktivitas enzim galaktolipase oleh pengaruh logam berat kadmium yang berlebihan memicu hidrolisis molekul monogalaktolipid yang menyusun membran tilakoid, sehingga menyebabkan degradasi membran tilakoid tersebut (Krupa & Baszynski, 1995 dalam Purbonegoro, 2008).

H.    Pengaruh Kadmium Pada Fotosintesis
Proses metabolisme yang terjadi dalam fotosintesis melibatkan reaksi-reaksi kimia dengan bantuan bermacam enzim yang berfungsi sebagai katalisator. Reaksi-reaksi kimia tersebut melibatkan aktivitas elektron-elektron yang berperan dalam membentuk suatu gradien elektrolit. Gradien elektrolit ini antara lain berfungsi untuk menghasilkan tenaga yang berguna bagi reaksi-reaksi selanjutnya dalam proses fotosintesis (Darnell, 1986 dalam Purbonegoro, 2008). Logam berat kadmium dapat berpengaruh terhadap  gradien elektrolit tersebut dengan cara mengganggu aktivitas moleku-molekul yang bertugas sebagai pembawa elektron (electron carriers).
Konsentrasi kadmium yang berlebihan berpengaruh terhadap molekul plastoquinone yang terkandung dalam membran tilakoid. Molekul ini merupakan protein periperal (protein pembantu) yang terikat bebas pada permukaan luminal (berhadapan dengan lumen) membran tilakoid. Molekul ini berfungsi sebagai pembawa elektron dalam reaksi kimia pada proses fotosintesis. Logam berat kadmium menyebabkan terganggunya kerja molekul plastoquinone sebagai pembawa elektron yang berperan penting dalam reaksi kimia fotosintesis. Hal tersebut pada akhirnya dapat mengganggu gradien elektrolit yang memiliki peran dalam proses fotosintesis, antara lain dalam menyediakan tenaga untuk pembentukan ATP dan NADPH (Krupa & Baszynski, 1995 dalam Purbonegoro, 2008). Proses ini terjadi pada reaksi terang yang berperan dalam menyediakan molekul ATP dan NADPH. Logam berat tersebut menyebabkan terganggunya pembentukan ATP dan NADPH, sehingga akhirnya mempengaruhi ketersediaan ATP dan NAPDH bagi aktivitas fotosintesis (Greger&Oegren, 1991 dalam Purbonegoro, 2008).
Logam berat kadmium juga dapat menghambat kerja enzim yang berperan dalam proses fotosintesis. Efek ini biasanya timbul akibat interaksi antara kadmium dengan gugus-SH (sulfhydryl) metalotionein pada enzim tersebut. Metalotionein merupakan jenis protein yang dapat berikatan dengan logam berat. Metalotionein dapat ditemukan di semua golongan makhluk hidup, yaitu mamalia, ikan, moluska, zooplankton dan fitoplankton (Lasut, 2002 dalam Purbonegoro, 2008). Protein ini memiliki berat molekul yang ringan dan sifat utamanya adalah mengandung 26- 33 % sistein serta tidak mempunyai asam amino aromatik atau histidin (Rand & Petrocelli, 1985 dalam Purbonegoro, 2008). Sebagai konsekuensi dari banyaknya kandungan asam amino sistein, maka protein ini mengandung kelompok thiol (sulfhydryl, - SH) dalam jumlah besar. Kelompok ini memiliki afinitas yang tinggi terhadap kation bivalen sehingga mengikat logam-logam berat dengan sangat kuat, khususnya merkuri (Hg), kadmium (Cd), perak (Ag), seng (Zn), dan stanum (Sn) (Lasut, 2002 dalam Purbonegoro, 2008).
Pengaruh logam berat kadmium pada aktivitas enzim antara lain terjadi pada enzim ribulosa bifosfat karboksilase dan Carbonic Anhydrase (CA) yang berperan dalam penyerapan dan fiksasi karbon dioksida (CO2). Pada awal siklus Calvin, logam berat kadmium berpengaruh pada enzim ribulosa bifosfat karboksilase. Substitusi logam magnesium (Mg) yang dibutuhkan enzim tersebut oleh logam berat kadmium (Cd) dapat menghambat proses fiksasi karbon dioksida (Ernst, 1998 dalam Purbonegoro, 2008). Selain enzim ribulosa bifosfat karboksilase, salah satu enzim yang penting bagi proses fotosintesis diatom laut adalah enzim Carbonic Anhydrase (CA). Enzim ini mengandung logam seng (Zn) dan berperan dalam merubah asam karbonat (HCO3) menjadi CO2. Logam seng (Zn) yang terikat enzim ini dapat digantikan oleh logam lain, sehingga aktivitas enzim menjadi terganggu. Aktivitas enzim ini akan berkurang hingga sampai 56 % jika logam seng (Zn) diganti oleh logam kobalt (Co), dan akan berkurang sampai hanya 5 % jika logam seng (Zn) diganti oleh logam kadmium (Cd) (Darmono, 2001).



BAB III
SIMPULAN

1.            Pencemaran kadmium berasal dari limbah industri cat, bahan kimia, keramik, baterai, penyepuhan, sebagai stabilisator dalam polivinil chlorida (PVC) dan bahan-bahan plastik, selain itu sumber pencemaran kadmium berasal dar residu pupuk fosfat dan pupuk kandang.
2.            Logam berat dapat menghambat proses metabolisme sel dan dapat menurunkan pertumbuhannya,  menimbulkan kerusakan struktur  jaringan. Serta menghambat proses transpirasi, fotosintesis, respirasi, menghambat kerja enzim, mengubah permeabilitas membran dan berikatan dengan sulfuhidril sehingga menimbulkan kematian tumbuhan.
3.            Mekanisme penyerapan logam pada tumbuhan ada 3 cara, yaitu; (1) Penyerapan logam oleh akar, (2) translokasi logam dari akar ke bagian tumbuhan lain (3) lokalisasi logam pada bagian sel tertentu untuk menjaga agar tidak menghambat metabolisme tumbuhan, dengan mekanisme pengikatan logam sebagai berikut: Akumulasi logam → organ tumbuhan → vakuola → akseptor kompleks logam → transport ligan (fitokhelatin) → ekskresi.
4.            Mengatasi pencemaran logam berat cadmium dilakukan dengan fitoremidiasi dan menggunakan silika modifikasi. Fitoremidiasi dapat menggunakan tumbuhan kangkung darat dan selada air.










DAFTAR PUSTAKA

Chaney, R.L., M. Malik, Y.M. Li, S.L. Brown, E.P. Brewer, J.S. Angle dan A.J.M. Baker. 1997. Phytoremediation of soil metals.

Darmono. 2001. Lingkungan Hidup dan Pencemaran Hubungannya dengan Toksikologi Senyawa Logam. Jakarta: Universitas Indonesia Press

Krismastuti, dkk. Tanpa Tahun. Adsorpsi Ion Logam Cadmium Dengan Silika Modifikasi. Jurnal Ilmiah

Liong, S. dkk. 2009. Dinamika Akumulasi Kadmium Pada Tanaman Kangkung Darat (Ipomoae reptans Poir). Indonesia Chimica Acta, ISSN            2085-014X Vol. 2 No. 1, Juni 2009

Noertjahyani dan Nunung., 2009. Efek Takaran Zeolit Terhadap Pertumbuhan
            Kadar Kadmium Pupus dan Hasil Tanaman Selada (Lactuca sativa L.)
            pada Cekaman Logam Berat Kadmium. Makalah seminar Fakultas             Pertanian Universitas Winaya Mukti

Nurrohmah, Binti. 2008. Profil Protein Daun Bayam Cabut (Amaranthus tricolor, L.) Pada Cekaman Logam Berat Cadmium (Cd). Skripsi dipublikasikan ITS

Pierzynski, G.M. dan A.P. Schwab. 1993. Bioavailability of zinc, cadmium, and lead in a metal-contaminated alluvial soil. J. Environ. Qual. 22:247-254. 

Prasad, N.M.V. dan H.M. de Oliviera-Freitas. 1999. Feasible biotechnological and bioremediation strategies for serpentine and mine spoils. Environ. Biotechnol. Vol. 2, No. 1, April 15, 1999

Prasetyawati, R. 2007. Uji Kandungan Logam Berat Mercury (Hg) dan Cadmium          (Cd) Pada Kangkung Air (Ipomoea aqutica forsk) di Perairan Taman    Wisata Pendit Kabupaten Malang. Skripsi dipublikasikan UIN Malang

Storm, G.L., G.J. Fosmire dan E.D. Bellis. 1994. Persistence of metals in soil and selected vertebrates in the vicinity of the Palmerton zinc smelters. J. Environ. Qual. 23:508-514



Tidak ada komentar:

Poskan Komentar