Hindawi Volume 2012, ID Artikel 217037, 26 halaman doi:10.1155/2012/217037
1. Perkenalan
Pallavi Sharma,1 Ambuj Bhushan Jha,2 Rama Shanker Dubey,1 dan Mohammad Pessarakli3
Diterima 6 Agustus 2011; Direvisi 12 Februari 2012; Diterima 12 Februari 2012
1Departemen Biokimia, Fakultas Sains, Universitas Hindu Banaras, Varanasi 221005, India 2Pusat
Pengembangan Tanaman, Departemen Ilmu Tanaman, Sekolah Tinggi Pertanian dan Sumber Daya Hayati, Universitas Saskatchewan, 51 Campus Drive, Saskatoon SK, Kanada SK S7N 5A8 3
Sekolah Tanaman Sains, Universitas Arizona, Gedung Forbes, Ruang 303, PO Box 210036, Tucson, AZ 85721-0036, AS
Hak Cipta © 2012 Pallavi Sharma dkk. Ini adalah artikel akses terbuka yang didistribusikan di bawah Lisensi Atribusi Creative Commons, yang mengizinkan penggunaan, distribusi, dan reproduksi tanpa batas dalam media apa pun, asalkan karya asli dikutip dengan benar.
Spesies oksigen reaktif (ROS) diproduksi sebagai produk normal metabolisme sel tanaman. Berbagai tekanan lingkungan menyebabkan produksi ROS berlebihan yang menyebabkan kerusakan oksidatif progresif dan akhirnya kematian sel. Meskipun aktivitasnya merusak, mereka digambarkan dengan baik sebagai pembawa pesan kedua dalam berbagai proses seluler, termasuk pemberian toleransi terhadap berbagai tekanan lingkungan. Apakah ROS akan berfungsi sebagai molekul pemberi sinyal atau dapat menyebabkan kerusakan oksidatif pada jaringan tergantung pada keseimbangan antara produksi ROS dan pembersihannya. Pembersihan ROS yang efisien yang dihasilkan selama berbagai tekanan lingkungan memerlukan tindakan beberapa antioksidan nonenzimatik dan enzimatik yang ada dalam jaringan.
Dalam makalah ini, kami menjelaskan generasi, tempat produksi dan peran ROS sebagai molekul pembawa pesan serta penginduksi kerusakan oksidatif. Lebih lanjut, mekanisme pertahanan antioksidan yang beroperasi di dalam sel untuk menghilangkan ROS yang diproduksi secara berlebihan di bawah berbagai kondisi lingkungan yang penuh tekanan telah dibahas secara rinci.
Korespondensi harus ditujukan kepada Mohammad Pessarakli, [email protected]
Editor Akademik: Andrea Polle
Mengulas artikel
Spesies Oksigen Reaktif, Kerusakan Oksidatif, dan Antioksidan Mekanisme Pertahanan pada Tumbuhan dalam Kondisi Stres
sel dikatakan berada dalam keadaan “stres oksidatif”.
Peningkatan produksi ROS selama tekanan lingkungan dapat menimbulkan ancaman bagi sel dengan menyebabkan peroksidasi lipid, oksidasi protein, kerusakan asam nukleat, penghambatan enzim, aktivasi jalur kematian sel terprogram
(PCD) dan pada akhirnya menyebabkan kematian. sel [6–8,
11, 13, 14, 16,17].
Konsekuensi metabolisme aerobik yang tidak dapat dihindari adalah produksi spesies oksigen reaktif (ROS). ROS mencakup radikal bebas seperti anion superoksida (O2 •ÿ), radikal hidroksil (•OH), serta molekul nonradikal seperti hidrogen peroksida
(H2O2), oksigen singlet (1O2), dan sebagainya. Meskipun memiliki aktivitas destruktif, ROS merupakan pembawa pesan kedua dalam berbagai proses seluler termasuk toleransi terhadap tekanan lingkungan
[18-20].Apakah ROS akan bertindak sebagai molekul yang merusak atau memberi sinyal tergantung pada keseimbangan antara produksi dan pemulungan ROS. Karena peran ROS yang multifungsi, sel perlu mengontrol tingkat ROS secara ketat untuk menghindari cedera oksidatif dan tidak menghilangkannya sepenuhnya.
Ketika tingkat ROS melebihi mekanisme pertahanan, a Pengurangan bertahap molekul oksigen (O2) melalui paparan energi tinggi atau reaksi transfer elektron menyebabkan produksi ROS yang sangat reaktif. Pada tumbuhan, ROS selalu terbentuk oleh kebocoran elektron ke O2
yang tidak dapat dihindaridari aktivitas transpor elektron di kloroplas, mitokondria, dan membran plasma atau sebagai produk sampingan dari berbagai jalur metabolisme yang terlokalisasi di kompartemen seluler yang berbeda
[ 1-5].Tekanan lingkungan seperti kekeringan, salinitas, suhu dingin, toksisitas logam, dan radiasi UV-B serta serangan patogen menyebabkan peningkatan pembentukan ROS pada tanaman karena gangguan
homeostasis seluler
[6-15].Semua ROS sangat berbahaya bagi organisme pada konsentrasi tinggi.
Pembersihan atau detoksifikasi kelebihan ROS dicapai dengan
sistem antioksidan efisien yang terdiri dari antioksidan non-
enzim dan enzimatik
[21].Antioksidan enzimatik termasuk
superoksida dismutase (SOD), katalase (CAT), guaiacol
peroksidase (GPX), enzim siklus askorbat-glutahione (AsA-
GSH) seperti askorbat peroksidase
2.1. Jenis ROS. ROS yang paling umum meliputi 1O2, O2 •ÿ, H2O2, •OH.
O2 sendiri adalah molekul yang sama sekali tidak berbahaya karena pada keadaan dasarnya ia mempunyai dua elektron tidak berpasangan dengan spin paralel yang menjadikannya paramagnetik dan, karenanya, tidak mungkin berpartisipasi dalam reaksi dengan molekul organik kecuali jika diaktifkan [28] . Aktivasi O2 dapat terjadi melalui dua mekanisme berbeda:
(i) penyerapan energi yang cukup untuk membalikkan putaran salah satu elektron yang tidak berpasangan dan (ii) reduksi monovalen bertahap (Gambar 1). Pada reaksi pertama, 1O2 terbentuk, sedangkan pada reaksi kedua, O2 direduksi secara berurutan menjadi O2 •ÿ, H2O2, dan •OH (Gambar 1).
(2)
Karena pembatasan putaran, molekul O2 tidak dapat menerima empat elektron sekaligus untuk menghasilkan H2O. Ia menerima satu elektron pada suatu waktu dan karenanya selama reduksi O2 zat antara yang stabil terbentuk secara bertahap [35]. O2 adalah ROS primer yang terbentuk di dalam sel yang memulai rangkaian reaksi untuk menghasilkan ROS
“sekunder”, baik secara langsung atau lazim melalui proses yang dikatalisis oleh enzim atau logam [36] tergantung pada jenis sel atau kompartemen
seluler.
+ 2H+ ÿÿÿ H2O2 + O2,
Lebih lanjut, ketersediaan CO2 yang terbatas akibat penutupan stomata selama berbagai tekanan lingkungan seperti salinitas dan kekeringan mendukung pembentukan 1O2. Masa hidup 1O2 di dalam sel mungkin 3 ÿs atau kurang [30, 31]. Sebagian kecil dari 1O2 telah terbukti mampu berdifusi pada jarak yang cukup jauh hingga beberapa ratus nanometer (nm). 1O2 dapat bertahan selama 4 ÿs dalam air dan 100 ÿs dalam lingkungan nonpolar [1]. 1O2 bereaksi dengan sebagian besar molekul biologis pada tingkat
yang hampir terkendali difusi [1]. Ini secara langsung mengoksidasi protein, asam lemak tak jenuh, dan DNA [32]. Ini menyebabkan modifikasi asam nukleat melalui reaksi selektif dengan deoksiguanosin [33]. Spesies ini dianggap sebagai spesies paling penting yang bertanggung jawab atas hilangnya aktivitas fotosistem II (PSII) akibat cahaya yang dapat memicu kematian sel [34]. 1O2 dapat dipadamkan oleh ÿ-karoten, ÿ-tokoferol atau dapat bereaksi dengan protein D1 fotosistem II sebagai target [29].
Elektron dalam bentuk oksigen biradikal memiliki putaran paralel.
Penyerapan energi yang cukup membalikkan spin salah satu elektron tidak berpasangan yang mengarah pada pembentukan keadaan singlet di mana kedua elektron memiliki spin berlawanan. Aktivasi ini mengatasi pembatasan putaran dan akibatnya 1O2 dapat berpartisipasi dalam reaksi yang melibatkan transfer dua elektron secara simultan (reduksi divalen) [28].
Dalam cahaya, 1O2 yang sangat reaktif dapat diproduksi melalui pembentukan triplet klorofil (Chl) di sistem antena dan di pusat reaksi fotosistem II [29]. Di antena, energi tidak mencukupi
(3) 3Chl + 3O2 ÿÿ Chl + 1O2,
(1)
(4) 2O2
cahaya ÿÿÿ 3Chl,
ROS adalah sekelompok radikal bebas, molekul reaktif, dan ion yang berasal dari O2. Diperkirakan sekitar 1% O2 yang dikonsumsi tanaman dialihkan untuk menghasilkan ROS [27] di berbagai lokus subseluler seperti kloroplas, mitokondria, peroksisom. ROS dikenal karena memainkan peran ganda sebagai spesies yang merugikan dan menguntungkan tergantung pada konsentrasinya pada tanaman. Pada konsentrasi tinggi ROS menyebabkan kerusakan pada biomolekul, sedangkan pada konsentrasi rendah/sedang ia bertindak sebagai pembawa pesan kedua dalam kaskade sinyal intraseluler yang memediasi beberapa respons dalam sel tanaman.
Reaksi fotooksidasi, NADPH oksidase serta xan-thine oksidase (XOD) juga berkontribusi terhadap produksi H2O2 pada tanaman. Itu juga dihasilkan di jaringan yang membutuhkannya sebagai substrat
Bab
O2 adalah ROS yang cukup reaktif dan berumur pendek dengan waktu paruh sekitar. 1 detik. O2 adalah reaktan nukleofilik dengan sifat pengoksidasi dan pereduksi [37]. Muatan anionik O2 •ÿ menghambat aktivitas elektrofiliknya terhadap molekul kaya elektron. O2 •ÿ telah terbukti mengoksidasi enzim yang mengandung gugus [4Fe-4S] (aconitase atau dehydratase sebagai contoh) [38] dan mereduksi sitokrom C [39]. O2 menerima satu elektron dan dua proton untuk membentuk H2O2. Ia mudah didismutasi menjadi H2O2 baik secara nonenzimatis atau melalui reaksi yang dikatalisis SOD menjadi hidrogen peroksida:
(APX), monodehydroascorbate reduktase (MDHAR), dehy-droascorbate reduktase (DHAR), dan glutathione reduktase (GR) [21]. Askorbat (AsA), glutathione (GSH), karotenoid, tokoferol, dan fenolat berfungsi sebagai antioksidan nonenzim yang kuat di dalam sel. Berbagai peneliti telah melaporkan peningkatan aktivitas banyak enzim sistem pertahanan antioksidan pada tanaman untuk melawan stres oksidatif yang disebabkan oleh berbagai tekanan lingkungan. Mempertahankan kapasitas antioksidan yang tinggi untuk mengais ROS beracun telah dikaitkan dengan peningkatan toleransi tanaman terhadap tekanan lingkungan ini [22, 23]. Kemajuan besar telah dicapai dalam meningkatkan toleransi stres oksidatif yang disebabkan oleh stres pada tanaman dengan mengembangkan jalur transgenik dengan tingkat antioksidan yang berubah [24, 25]. Ekspresi simultan beberapa enzim antioksidan telah terbukti lebih efektif dibandingkan ekspresi tunggal atau ganda untuk mengembangkan tanaman transgenik dengan peningkatan toleransi terhadap berbagai tekanan lingkungan (26). Tinjauan ini berfokus pada jenis ROS, tempat produksinya, dan perannya sebagai pembawa pesan dan pemicu stres oksidatif. Lebih lanjut, peran sistem pertahanan antioksidan dalam melawan bahaya yang ditimbulkan oleh produksi ROS yang berlebihan di bawah tekanan telah dibahas secara rinci.
Bisa
2O2
+ 2H+ ÿÿ H2O2 + O2,
disipasi selama fotosintesis dapat menyebabkan pembentukan keadaan triplet klorofil (Chl), sedangkan di pusat reaksi terbentuk melalui rekombinasi muatan dari pasangan muatan yang diinduksi cahaya [29]. Keadaan triplet Chl dapat bereaksi dengan 3O2 menghasilkan ROS 1O2 yang sangat merusak:
H2O2 dihasilkan dalam sel dalam kondisi normal maupun dalam kondisi stres seperti kekeringan, suhu dingin, penyinaran UV, paparan cahaya intens, luka, dan intrusi patogen. Rantai transpor elektron (ETC) kloroplas, mitokondria, retikulum endoplasma dan membran plasma, oksidasi ÿ asam lemak dan fotorespirasi merupakan sumber utama pembentukan H2O2 dalam sel tumbuhan.
2. Spesies Oksigen Reaktif,
Tempat Produksinya, dan Pengaruhnya
MERUMPUT
•ÿ
•ÿ
•ÿ
•ÿ
•ÿ
•ÿ
Reaksi Haber-Weiss menghasilkan •OH dari H2O2 dan O2
•ÿ. Ini terdiri dari dua reaksi berikut: Fe3+ + O2
H2O2 cukup reaktif dan merupakan molekul yang berumur relatif panjang dengan waktu paruh 1 ms
[40].H2O2 tidak memiliki elektron yang tidak berpasangan, tidak seperti radikal oksigen lainnya, ia dapat dengan mudah melintasi membran biologis dan akibatnya dapat menyebabkan kerusakan oksidatif jauh dari tempat pembentukannya. Karena H2O2 adalah satu-satunya ROS yang dapat berdifusi melalui aquaporin di dalam membran dan dalam jarak yang lebih jauh di dalam sel
[41]dan relatif stabil dibandingkan dengan ROS lainnya, ia mendapat perhatian khusus sebagai molekul sinyal yang terlibat dalam regulasi proses biologis tertentu. dan memicu toleransi terhadap berbagai tekanan lingkungan seperti interaksi patogen tanaman pada konsentrasi rendah
[19, 20,42]. Pada konsentrasi tinggi, H2O2 dapat mengoksidasi sistein (–SH) atau residu metionin (–
SCH3), dan menonaktifkan enzim dengan mengoksidasi gugus tiolnya, seperti enzim siklus Calvin, Cu/Zn-SOD, dan Fe-SOD
[43] .Ketika hidrogen peroksida terakumulasi pada kadar 10 ÿM, enzim dalam siklus Calvin, seperti fruktosa-1,6-bifosfatase, sedoheptulosa-1,7-bifosfatase, dan fosforibulokinase, kehilangan 50% aktivitasnya
[44,45]. Ini juga mengoksidasi protein kinase, fosfatase, dan faktor transkripsi yang mengandung residu tiolat.
Pada konsentrasi tinggi, ia mengatur kematian sel terprogram
[46].Baik O2 •ÿ dan H2O2 hanya cukup reaktif.
(6) untuk biosintesis seperti untuk lignifikasi dan suberisasi.
dan reaksi:
Pertama, Fe(III) direduksi oleh O2 •ÿ, diikuti dengan oksidasi oleh dihidrogen peroksida (reaksi Fenton)
Katalisis logam diperlukan untuk reaksi ini karena laju reaksi tanpa katalis dapat diabaikan
[47].•OH adalah yang paling reaktif di antara semua ROS. Ia memiliki satu elektron yang tidak berpasangan, sehingga ia dapat bereaksi dengan oksigen dalam keadaan dasar triplet. •OH berinteraksi dengan semua molekul biologis dan menyebabkan kerusakan sel berikutnya seperti peroksidasi lipid, kerusakan protein, dan kerusakan membran
[48].Karena sel tidak memiliki mekanisme enzimatik untuk menghilangkan •OH, kelebihan produksinya pada akhirnya dapat menyebabkan kematian sel
[49].Di bawah pencahayaan, pembentukan •OH oleh reaksi Fenton di situs aktif enzim RbcL menyebabkan fragmentasi dalam lisat kloroplas
[50,51].
Oksidasi substrat organik oleh •OH dapat berlangsung melalui dua kemungkinan reaksi, yaitu dengan penambahan •OH pada molekul organik atau karena pengambilan atom hidrogen darinya. Karena umurnya yang singkat dan potensi redoksnya yang sangat positif (mendekati +2 V) dari •OH “bebas”, lokasi reaksinya dekat dengan titik pembentukannya
[52].Dalam konteks ini, radikal oksigen organik seperti alkoksi, peroksi, semikuinon, hidrogen peroksida tereduksi, dan kompleks donor hidrogen peroksida-elektron (kripto-OH), serta kompleks metalo- oksigen, telah diusulkan sebagai spesies yang paling aktif selain yang bersifat destruktif. bebas •OH
[53].Fe2+ + H2O2 ÿÿ Fe3+ + OHÿ +• OH,
(5) Kerusakan sel akibat ROS tampaknya disebabkan oleh konversinya menjadi spesies yang lebih reaktif. Pembentukan
•OH bergantung pada H2O2 dan O2 •ÿ sehingga pembentukannya dapat dihambat oleh SOD dan CAT.
+ H2O2 ÿÿ •OH + OHÿ + O2. (7)
•ÿ
eÿ
eÿ eÿ
Reaksi Fenton
H+ Reaksi
Weiss APX Penyerapan energi
•OH
e- eÿ
2H+
KUCING
GPX
Molekuler oksigen
Hidrogen peroksida
Haber-
MERUMPUT
Air 1O2
H+
Radikal hidroksil Dismutasi
spontan Oksigen
tunggal
Anion superoksida
•ÿ
•ÿ
Gambar 1: Representasi skema pembentukan spesies oksigen reaktif (ROS) pada tumbuhan. Aktivasi O2 terjadi melalui dua mekanisme berbeda.
Reduksi O2 monovalen bertahap menyebabkan pembentukan O2 •ÿ, H2O2, dan •OH, sedangkan transfer energi ke O2 menyebabkan pembentukan 1O2. O2 mudah didismutasi menjadi H2O2 baik secara nonenzimatis atau dengan reaksi yang dikatalisis superoksida dismutase (SOD) menjadi H2O2.
H2O2 diubah menjadi H2O oleh katalase (CAT), guaiacol peroxidase (GPX), dan ascorbate peroxidase (APX).
H2O
H2O 2
O2 O2 •ÿ
ÿÿ Fe2+ + O2,
O2
H2O2 selanjutnya dapat diubah menjadi radikal hidroksil (OH•) yang sangat aktif dalam reaksi Fenton.
2.2.2. Mitokondria. Mitokondria dapat menghasilkan ROS di beberapa situs ETC. Dalam mitokondria reduksi langsung terjadi di daerah
flavoprotein oksigen NADH menjadi segmen O2 dehidrogenase
(kompleks I) dari rantai pernapasan [56]. Ketika substrat yang terhubung dengan NAD+ untuk kompleks I terbatas, transpor elektron dapat terjadi dari kompleks II ke kompleks I (aliran elektron terbalik). Proses ini telah terbukti meningkatkan produksi ROS di kompleks I dan diatur oleh hidrolisis ATP [57]. Wilayah Ubiquinone-sitokrom (kompleks III) dari ETC juga menghasilkan O2 •ÿ dari oksigen. Hal ini diyakini bahwa ubiquinone tereduksi penuh menyumbangkan elektron ke sitokrom C1 dan meninggalkan radikal ubisemiquinone yang sangat tereduksi dan tidak stabil sehingga menguntungkan bagi kebocoran elektron ke O2 dan, karenanya, pembentukan O2 •ÿ [58].
Pada tumbuhan, dalam kondisi aerobik normal, sintesis ETC dan ATP berpasangan erat; Namun, berbagai faktor stres menyebabkan
penghambatan dan modifikasi komponennya, menyebabkan pengurangan pembawa elektron secara berlebihan dan, karenanya, pembentukan ROS [4, 59].
Kebocoran elektron ke O2 juga dapat terjadi dari gugus 2Fe-2S dan 4Fe-4S di ETC PSI. Di PSII, sisi akseptor ETC berisi QA dan QB.
Kebocoran elektron dari situs ini ke O2 berkontribusi terhadap produksi O2 •ÿ [55].
+ 2Fdox
ROS selalu terbentuk oleh kebocoran elektron yang tidak terhindarkan ke O2 dari aktivitas transpor elektron di kloroplas, mitokondria, dan membran plasma atau sebagai produk sampingan dari berbagai jalur metabolisme yang terlokalisasi di kompartemen seluler yang berbeda.
secara spontan menjadi H2O2 pada permukaan membran “stromal”
eksternal. Di pusat Fe-S dimana Fe2+ tersedia, H2O2 dapat diubah melalui reaksi Fenton menjadi OH• yang jauh lebih berbahaya.
(8) 2.2.1. Kloroplas. Dalam kloroplas, berbagai bentuk ROS dihasilkan dari beberapa lokasi. ETC di PSI dan PSII adalah sumber utama ROS di kloroplas. Produksi ROS oleh sumber-sumber ini ditingkatkan pada tanaman dengan kondisi yang membatasi fiksasi CO2, seperti kekeringan, garam, dan tekanan suhu, serta kombinasi kondisi ini dengan stres cahaya tinggi. Pada kondisi normal, aliran elektron dari pusat PS tereksitasi menuju NADP yang direduksi menjadi NADPH yang kemudian memasuki siklus Calvin dan mereduksi akseptor elektron terakhir yaitu CO2. Jika terjadi kelebihan beban pada ETC, karena penurunan suplai NADP akibat kondisi stres, terjadi kebocoran elektron dari ferredoxin ke O2, sehingga mereduksinya menjadi O2 •ÿ [54]. Proses ini disebut reaksi Mehler:
2O2 + 2Fdred ÿÿ 2O2
2.2. Tempat Produksi ROS. ROS diproduksi dalam sel tanpa tekanan dan stres di beberapa lokasi di kloroplas, mitokondria, membran plasma, peroksisom, apoplas, retikulum endoplasma, dan dinding sel (Gambar 2).
melangkah. Setelah
terbentuk O2 , ia dapat terprotonasi ke
permukaan membran HO2 atau didismutasi secara enzimatis (dengan SOD) atau
Beberapa enzim yang ada dalam matriks mitokondria dapat menghasilkan ROS. Beberapa dari mereka menghasilkan ROS secara langsung, misalnya aconitase, sedangkan beberapa lainnya seperti 1- galactono- ÿ lakton dehidrogenase (GAL), mampu memberi makan elektron ke ETC [60, 61]. O2 adalah ROS primer yang dibentuk oleh reduksi monovalen di ETC. Ini diubah dengan cepat baik oleh MnSOD (bentuk mitokondria SOD) atau APX menjadi H2O2 yang relatif stabil dan dapat ditembus membran.
Pembentukan O2 •ÿ dengan reduksi O2 merupakan pembatas laju yang menghasilkan ROS yang lebih
agresif. di bagian dalam, “lumen”
Gambar 2: Tempat produksi spesies oksigen reaktif (ROS) pada tumbuhan. ROS diproduksi di beberapa lokasi di kloroplas mirip sel, mitokondria, membran plasma, peroksisom, apoplas, retikulum endoplasma, dan dinding sel.
•ÿ
•
•ÿ
•ÿ
•ÿ
Pigmen klorofil
Oksidase diamina peroksidase yang berhubungan dengan dinding sel
Proses metabolisme: glikolat oksidase, oksidasi asam lemak, flavin oksidase, disproporsionasi radikal O2 •ÿ Apoplas
Kompleks I: segmen NADH dehidrogenase
ROS
oksidase oksalat Kloroplas
Kompleks III: wilayah ubiquinone-sitokrom
NADPH oksidase, kuinon oksidase
Matriks: xantin oksidase (XOD) Aconitase, 1-galaktono-ÿ lakton, dehidrogenase (GAL) Cluster Fd, 2Fe-2S, dan 4Fe-4S
QA dan QB
Membran plasma
NADH dan Cyt b
Kompleks II: membalikkan aliran elektron ke kompleks I
Retikulum endoplasma
Mitokondria
Transpor elektron yang bergantung pada NAD(P)H melibatkan Cyt P450
Enzim PSI: rantai transpor elektron
Peroksisom
Terkait dengan dinding sel
Oksidoreduktase pengangkut elektron
Oksidase amina PSII: rantai transpor elektron
Dinding sel
Membran: flavoprotein rantai transpor elektron
dari NADPH sitoplasma ke O2 untuk membentuk O2 •ÿ. O2 didismutasi menjadi H2O2 baik secara spontan atau melalui aktivitas SOD.
2.2.4. Peroksisom. Peroksisom mungkin merupakan tempat utama produksi H2O2 intraseluler , karena jenis metabolismenya yang bersifat oksidatif [3]. Proses metabolisme utama yang bertanggung jawab atas pembentukan H2O2 dalam berbagai jenis peroksisom adalah reaksi glikolat oksidase, oksidasi ÿ asam lemak , reaksi enzimatik oksidase flavin, dan disproporsionasi radikal O2 •ÿ [62]. Selama fotorespirasi, oksidasi glikolat oleh glikolat oksidase dalam peroksisom menyumbang sebagian besar produksi H2O2 [63]. Seperti mitokondria dan kloroplas, peroksisom juga menghasilkan O2 sebagai konsekuensi metabolisme normalnya. Dalam peroksisom dari daun kacang polong dan kotiledon semangka, setidaknya dua lokasi pembentukan O2 telah diidentifikasi menggunakan metode biokimia dan spektroskopi resonansi putaran elektron (ESR): satu di matriks organel, sistem pembangkitnya adalah XOD, yang mengkatalisis oksidasi xantin. atau hipoksantin menjadi asam urat, dan menghasilkan O2 dalam prosesnya dan tempat lain di membran peroksisomal yang melibatkan ETC kecil yang terdiri dari flavoprotein NADH dan Cyt b. Tiga polipeptida membran peroksisom integral (PMP) dengan massa molekul 18, 29, dan 32 kDa ditemukan terlibat dalam produksi O2 •ÿ . Sementara PMP 18- dan 32-kDa menggunakan NADH sebagai donor elektron untuk produksi O2 •ÿ , PMP 29-kDa jelas bergantung pada NADPH dan mampu mereduksi sitokrom c dengan NADPH sebagai donor elektron [64]. Di antara tiga polipeptida integral, penghasil utama O2 adalah PMP 18-kDa yang diusulkan sebagai sitokrom yang kemungkinan termasuk dalam kelompok tipe-b.
NADPH oksidase telah diusulkan untuk memainkan peran kunci dalam produksi dan akumulasi ROS pada tanaman dalam kondisi stres [28, 42, 65].
2.2.5. Membran Plasma. Oksidore-duktase pengangkut elektron ada di mana-mana di membran plasma dan menyebabkan pembentukan ROS di membran plasma. Produksi ROS dipelajari dengan menggunakan teknik spin-trapping EPR dan pewarna spesifik dalam membran plasma terisolasi dari zona tumbuh dan non-tumbuh dari hipokotil dan akar bibit kedelai yang mengalami etiolasi serta koleoptil dan akar bibit jagung yang mengalami etiolasi [5] . NAD(P)H memediasi produksi di semua sampel membran plasma. Disarankan bahwa O2 dalam membran plasma
kedelai, produksi O2 •ÿ dapat dikaitkan dengan aksi setidaknya dua enzim, NADPH oksidase, dan, dengan adanya menadione, kuinon reduktase [5]. NADPH oksidase mengkatalisis transfer elektron PMP32 sangat mungkin berhubungan dengan MDHAR, dan polipeptida penghasil O2 •ÿ ketiga, PMP29, dapat dikaitkan dengan NADPH peroksisomal: sitokrom P450 reduktase [64]. O •ÿ 2 yang dihasilkan selanjutnya diubah menjadi H2O2 oleh SOD.
2.2.6. Dinding sel. Dinding sel juga dianggap sebagai tempat aktif untuk produksi ROS. Peran peroksidase terkait dinding sel dalam pembentukan H2O2 telah ditunjukkan. Dalam lobak, peroksidase yang terikat pada dinding sel terisolasi mengkatalisis pembentukan H2O2 dengan adanya NADH. Reaksi ini dirangsang oleh berbagai monofenol, terutama tumbuhan runjung alkohol.
2.3. Peran ROS sebagai Messenger. Pada konsentrasi rendah/sedang, ROS telah terlibat sebagai pembawa pesan kedua dalam kaskade sinyal intraseluler yang memediasi beberapa respon tanaman dalam sel tanaman, termasuk penutupan stomata [19, 20, 65], kematian sel terprogram [7, 72], gravitropisme [ 73], dan perolehan toleransi terhadap cekaman biotik dan abiotik [42, 74]. Gambar 3 menunjukkan peran ROS sebagai pembawa pesan kedua dalam respons seluler yang dimediasi hormon pada tanaman. Tumbuhan dapat merasakan, mentransduksi, dan menerjemahkan sinyal ROS menjadi respons seluler yang sesuai dengan bantuan beberapa protein sensitif redoks, mobilisasi kalsium, fosforilasi protein, dan ekspresi gen. ROS juga dapat dirasakan secara langsung oleh protein pemberi sinyal utama seperti tirosin fosfatase melalui oksidasi residu sistein yang dilestarikan (diulas dalam [75]).
2.2.3. Retikulum endoplasma. Dalam retikulum endoplasma, transpor elektron yang bergantung pada NAD(P)H yang melibatkan Cyt P450 menghasilkan O2 •ÿ [7]. Substrat organik, RH, bereaksi terlebih dahulu dengan Cyt P450 dan kemudian direduksi oleh flavoprotein untuk membentuk zat antara radikal (Cyt P450Rÿ). Oksigen triplet dapat dengan mudah bereaksi dengan zat antara radikal ini karena masing-masing memiliki satu elektron tidak berpasangan. Kompleks teroksigenasi ini (Cyt P450-ROOÿ) dapat direduksi oleh sitokrom b atau kadang-kadang kompleks tersebut dapat terurai dan melepaskan O2 •ÿ.
Malat dehidrogenase ditemukan menjadi satu-satunya kandidat untuk menyediakan NADH [66]. Pembentukan ROS oleh peroksidase yang terletak di dinding sel telah ditunjukkan selama respon hipersensitif (HR) yang dipicu pada kapas oleh bakteri Xan-thomonas campestris pv.
malvacearum [67] dan stres defisiensi kalium (K) di Arabidopsis [68].
Diamina oksidase juga terlibat dalam produksi oksigen aktif di dinding sel menggunakan diamina atau poliamina (putresin, spermidine, kadaverin, dll.) untuk mereduksi kuinon yang terautooksidasi membentuk peroksida [54].
ROS juga dapat memodulasi aktivitas banyak komponen dalam pensinyalan, seperti protein fosfatase, protein kinase, dan faktor transkripsi [76] dan berkomunikasi dengan molekul sinyal lain dan jalur yang membentuk bagian dari jaringan pensinyalan yang mengontrol respons hilir ROS.
2.2.7. Apoplas. Enzim yang terletak di dinding sel telah terbukti
bertanggung jawab atas produksi ROS apoplastik [5, 28]. Oksalat oksalat yang berhubungan dengan dinding sel, juga dikenal sebagai germin, melepaskan H2O2 dan CO2 dari asam oksalat [69]. Enzim ini dilaporkan terlibat dalam akumulasi hidrogen peroksida apoplastik selama interaksi antara berbagai spesies sereal dan jamur [70]. Enzim mirip amina oksidase dapat berkontribusi terhadap respons pertahanan yang terjadi pada apoplas setelah stres biotik, terutama melalui produksi H2O2 [71].
Oksidase amina mengkatalisis deaminasi oksidatif poliamina (yaitu, putresin, spermin, dan spermidine) menggunakan FAD sebagai kofaktor [71]. Heyno dan rekan kerja [5], berdasarkan penelitian mereka, menyimpulkan bahwa pembentukan OH• apoplastik bergantung sepenuhnya, atau sebagian besar, pada peroksidase yang terlokalisasi di dinding sel.
•ÿ
•ÿ
•ÿ
•ÿ
•ÿ
•ÿ
dan menyarankan bahwa ROS adalah komponen jalur kematian sel yang diatur secara hormonal dalam sel barley aleurone.
[19]. Kekuatan, masa pakai, dan ukuran kumpulan sinyal ROS bergantung pada keseimbangan antara produksi oksidan dan penghilangannya oleh antioksidan. Menggunakan mutan yang kekurangan enzim pemulung ROS utama, Miller dan rekan kerja [74]
mengidentifikasi jalur sinyal yang diaktifkan dalam sel sebagai respons terhadap akumulasi ROS. Menariknya, banyak pemain kunci dalam jalur ini, termasuk berbagai protein zinc finger dan faktor transkripsi WRKY, juga merupakan pengatur utama respons stres abiotik yang terlibat dalam suhu, salinitas, dan tekanan osmotik.
Tumbuhan telah mengembangkan jaringan regulasi yang kompleks untuk memediasi respons stres biotik dan abiotik berdasarkan sintesis, pemulungan, dan pensinyalan ROS. Produksi sementara ROS terdeteksi pada peristiwa awal interaksi tanaman- patogen dan memainkan peran pensinyalan penting dalam pengatur transduksi sinyal patogenesis. Produksi yang disebut ledakan oksidatif ini dapat dianggap sebagai sinyal spesifik selama proses interaksi [80]. Dalam HR, SA dianggap mempotensiasi sinyal ROS [81]. ROS terbukti bertindak sebagai pembawa pesan kedua untuk induksi gen pertahanan pada tanaman tomat sebagai respons terhadap luka (82). ROS dihasilkan di dekat dinding sel sel bundel pembuluh darah daun tomat sebagai respons terhadap luka dan menghasilkan H2O2 dari poligalakturonase yang diinduksi oleh luka yang bertindak sebagai pembawa pesan kedua untuk aktivasi gen pertahanan dalam sel mesofil, tetapi tidak untuk memberi sinyal pada gen jalur dalam sel bundel pembuluh darah. [82].
ROS dianggap sebagai pembawa pesan kedua dalam jalur transduksi asam absisat (ABA) dalam sel penjaga [19, 20].
Lignin penting untuk respons tanaman terhadap tekanan mental lingkungan. Denness dan rekan kerja [83] mengkarakterisasi jaringan genetik yang memungkinkan tanaman mengatur biosintesis lignin sebagai respons terhadap kerusakan dinding sel melalui interaksi dinamis antara asam jasmonic dan ROS. ROS telah terbukti memainkan peran penting dalam stres osmotik, suhu rendah, dan jalur transduksi sinyal logam berat [75, 84, 85].
H2O2 yang diinduksi ABA merupakan sinyal penting dalam memediasi penutupan stomata untuk mengurangi kehilangan air melalui aktivasi saluran permeabel kalsium di membran plasma [77]. Jannat dkk [78]
mengamati bahwa peningkatan H2O2 sitosol yang diinduksi ABA berfungsi dalam penutupan stomata yang diinduksi ABA, sedangkan peningkatan konstitutif H2O2 tidak menyebabkan penutupan stomata.
Peran ROS sebagai pembawa pesan kedua dalam gravitropisme akar telah dibuktikan.
Berdasarkan penelitian mereka, Joo dan rekan kerja [73] mengusulkan bahwa gravitasi menginduksi pergerakan asimetris auksin dalam waktu 60 menit, dan, kemudian, auksin merangsang pembentukan ROS untuk memediasi gravitropisme. Lebih lanjut, pembersihan ROS oleh antioksidan (N-asetilsistein, asam askorbat, dan Trolox) menghambat gravitropisme akar [73]. ROS tampaknya terlibat dalam pengentasan dormansi. Pada biji jelai dorman dalam kondisi terkendali, sinyal asam giberelat (GA) dan kandungan ROS rendah, sedangkan sinyal ABA tinggi sehingga mengakibatkan dormansi.
H2O2 eksogen tampaknya tidak mengubah biosintesis dan pensinyalan ABA, namun memiliki efek yang lebih nyata pada pensinyalan GA, menginduksi perubahan keseimbangan hormonal yang menghasilkan perkecambahan (79). ROS telah terbukti memainkan peran kunci dalam PCD dalam sel barley aleurone, yang diprakarsai oleh GA. Bethke dan Jones [72] mengamati bahwa protoplas aleuron yang diberi perlakuan GA kurang toleran terhadap
H2O yang dihasilkan secara internal atau diterapkan secara eksogen dibandingkan protoplas yang diberi perlakuan ABA.
Gen yang terlibat dalam sinyal stres osmotik telah terbukti diregulasi oleh ROS, termasuk faktor transkripsi DREB2A dan histidin kinase [18]. Dalam sel kultur Arabidopsis, dilaporkan bahwa MAPK AtMPK6 yang dapat diaktifkan oleh suhu rendah dan tekanan osmotik juga dapat diaktifkan oleh stres oksidatif [84]. Borsani dan rekan kerja [86]
menyatakan bahwa peningkatan toleransi stres osmotik Arabidopsis transgenik yang mengekspresikan gen salisilat hidroksilase (NahG), mungkin disebabkan oleh penurunan generasi ROS yang dimediasi SA. Zhao dan rekan kerja [87] melaporkan bahwa ROS memainkan peran penting dalam sintesis asam absisat yang disebabkan oleh kekeringan pada tanaman dan menyatakan bahwa ROS mungkin merupakan sinyal melalui
Respons yang hipersensitif Auksin
Biosintesis lignin Perkecambahan biji
Asam salisilat Asam absisat
Kematian sel terprogram Gravitropisme akar
Asam giberelat
Penutupan stomata
Asam jasmonat ROS
pada konsentrasi rendah
Hormon Dimediasi
Asam giberelat
Stres osmotik Asam salisilat
Kurir
Respon tanaman
Gambar 3: Spesies oksigen reaktif (ROS) sebagai pembawa pesan kedua dalam beberapa respons hormon tanaman, termasuk penutupan stomata, gravitropisme akar, perkecambahan biji, biosintesis lignin, kematian sel terprogram, respons hipersensitif, dan stres osmotik.
Radikal peroksi yang terbentuk sangat reaktif dan mampu merambatkan reaksi berantai:
(9)
PUFA ÿ O• + PUFA ÿ H ÿÿ PUFA ÿ OH + PUFA• (13)
(10)
(12)
2.4. ROS dan Kerusakan Oksidatif pada Biomolekul. Produksi danpembuangan ROS harus dikontrol secara ketat untuk menghindari stres oksidatif. Ketika tingkat ROS melebihi mekanisme pertahanan, sel dikatakan berada dalam keadaan “stres oksidatif”. Namun, keseimbangan antara produksi dan pembuangan ROS terganggu karena sejumlah kondisi stres seperti salinitas, kekeringan, cahaya tinggi, toksisitas akibat logam, patogen, dan sebagainya.
Peningkatan kadar ROS dapat menyebabkan kerusakan pada biomolekul seperti lipid, protein dan DNA
(Gambar4). Reaksi- reaksi ini dapat mengubah sifat-sifat membran intrinsik seperti fluiditas, transpor ion, hilangnya aktivitas enzim, ikatan silang protein, penghambatan sintesis protein, kerusakan DNA, dan lain sebagainya yang pada akhirnya mengakibatkan kematian sel.
Pembentukan diena terkonjugasi terjadi ketika radikal bebas menyerang hidrogen dari gugus metilen yang memisahkan ikatan rangkap dan, dengan demikian, terjadi penataan ulang ikatan
[89].Hidroperoksida lipid yang dihasilkan (PUFA-OOH) dapat mengalami pembelahan reduktif oleh logam tereduksi, seperti Fe2+, berdasarkan reaksi berikut:
Kompleks Fe2+
+ PUFAÿ OOH
PUFA ÿ H+X• ÿÿ PUFA + X ÿ H.dimana tanaman dapat “merasakan” kondisi kekeringan. Dengan menggunakan inhibitor farmakologis, ditunjukkan bahwa logam Cd2+ dan Cu2+ menginduksi aktivasi MAP kinase melalui sistem penghasil ROS yang berbeda
[85].2.4.1. Lemak. Ketika tingkat ROS mencapai di atas ambang batas,
peningkatan peroksidasi lipid terjadi pada membran sel dan organel, yang pada gilirannya mempengaruhi fungsi sel normal.
Peroksidasi lipid memperburuk stres oksidatif melalui produksi radikal turunan lipid yang dapat bereaksi dan merusak protein dan DNA.
Tingkat peroksidasi lipid telah banyak digunakan sebagai indikator kerusakan yang dimediasi ROS pada membran sel dalam kondisi stres. Peningkatan peroksidasi (degradasi) lipid telah dilaporkan pada tanaman yang tumbuh di bawah tekanan lingkungan
[8, 10, 12,13]. Peningkatan peroksidasi lipid pada tekanan ini sejalan dengan peningkatan produksi ROS. Malondialdehyde (MDA) adalah salah satu produk akhir peroksidasi asam lemak tak jenuh dalam fosfolipid dan bertanggung jawab atas kerusakan membran sel
[43].Dua lokasi umum serangan ROS pada molekul fosfolipid adalah ikatan tak jenuh (ganda) antara dua atom karbon dan hubungan ester antara gliserol dan lemak.
asam. Asam lemak tak jenuh ganda (PUFA) yang ada dalam fosfolipid membran sangat sensitif terhadap serangan ROS. Satu
•OH dapat mengakibatkan peroksidasi banyak asam lemak tak jenuh ganda karena reaksi yang terlibat dalam proses ini merupakan bagian dari reaksi berantai siklik. Keseluruhan proses peroksidasi lipid melibatkan tiga tahap berbeda: tahap inisiasi, perkembangan, dan terminasi. Fase awal peroksidasi lipid meliputi aktivasi O2 yang membatasi lajunya. O2 •ÿ dan •OH dapat bereaksi dengan gugus metilen PUFA membentuk diena terkonjugasi, radikal peroksi lipid, dan hidroperoksida
[88]:Beberapa spesies reaktif termasuk: radikal lipid alkoksil, aldehida (malonildialdehida, akrolein dan crotonaldehida), alkana, epoksida lipid, dan alkohol dapat dengan mudah dibentuk melalui
dekomposisi lipid hidroperoksida [90] . Radikal alkoksi lipid yang dihasilkan, (PUFA-O• ), dapat memulai reaksi berantai tambahan
[91]:PUFA + O2 ÿÿ PUFA ÿ OO• .
PUFA ÿ OO•+PUFA ÿ OOH ÿÿ PUFA ÿ OOH + PUFA• (11)
Gambar 4: Spesies oksigen reaktif (ROS) menginduksi kerusakan oksidatif pada lipid, protein, dan DNA.Kerusakan untai Protein
Modifikasi asam amino spesifik lokasi
DNA
Penghapusan nukleotida Putusnya rantai
Peningkatan kerentanan protein terhadap proteolisis Peningkatan fluiditas
dan permeabilitas membran
Oksidasi deoksiribosa Kerusakan oksidatif
Perubahan muatan listrik Inaktivasi enzim Lipid
ROS
Fragmentasi rantai peptida
Tautan silang DNA-protein Modifikasi pangkalan Agregasi produk reaksi
ikatan silang pada konsentrasi tinggi
ÿÿ Fe3+kompleks + PUFA ÿ O•
ROS dapat menyebabkan kerusakan oksidatif pada DNA nuklir, mitokondria, dan kloroplastik. DNA adalah materi genetik sel dan setiap kerusakan pada DNA dapat mengakibatkan perubahan pada protein yang dikodekan, yang dapat menyebabkan kegagalan fungsi atau inaktivasi total dari protein yang dikodekan. Serangan oksidatif pada DNA menghasilkan oksidasi deoksiribosa, kerusakan untai, dan penghilangan
Meskipun ada sistem perbaikan untuk DNA yang rusak, perubahan berlebihan yang disebabkan oleh ROS menyebabkan kerusakan permanen pada DNA dengan efek yang berpotensi merugikan sel.
Jaringan yang terluka akibat stres oksidatif umumnya mengandung peningkatan konsentrasi protein berkarbonilasi yang secara luas digunakan sebagai penanda oksidasi protein [93]. Peningkatan modifikasi protein telah dilaporkan pada tanaman di bawah berbagai tekanan [8, 11, 12, 94]. Asam amino dalam
peptida berbeda dalam kerentanannya terhadap serangan ROS. Gugus tiol dan asam amino yang mengandung sulfur merupakan tempat yang sangat rentan diserang ROS. Oksigen teraktivasi dapat mengabstraksi atom H dari residu sistein untuk membentuk radikal tiil yang akan berikatan silang dengan radikal tiil kedua untuk membentuk jembatan disulfida. Beberapa logam, termasuk Cd, Pb, dan Hg telah terbukti menyebabkan penipisan gugus tiol yang terikat pada protein [95]. Oksigen juga dapat ditambahkan ke metionin untuk membentuk turunan metionin sulfoksida [96]. Tirosin mudah berikatan silang untuk membentuk produk bitirosin dengan adanya ROS [97].
2.4.2. Protein. Serangan ROS pada protein dapat menyebabkan modifikasi protein dalam berbagai cara, ada yang langsung dan ada yang tidak langsung.
Modifikasi langsung melibatkan modulasi aktivitas protein melalui nitrosilasi, karbonilasi, pembentukan ikatan disulfida, dan glutationilasi. Protein dapat dimodifikasi secara tidak langsung melalui konjugasi dengan produk pemecahan peroksidasi asam lemak [92]. Sebagai konsekuensi dari produksi ROS yang berlebihan, terjadi modifikasi asam amino spesifik lokasi, fragmentasi rantai peptida, agregasi produk reaksi ikatan silang, perubahan muatan listrik dan peningkatan kerentanan protein terhadap proteolisis.
ROS mengabstraksi atom hidrogen dari posisi C4 deoksiribosa, menyebabkan pembentukan radikal deoksiribosa yang selanjutnya bereaksi menghasilkan kerusakan untai DNA [109].
Tanaman memiliki sistem pertahanan antioksidan kompleks yang terdiri dari komponen nonenzimatik dan enzimatik untuk menangkap ROS. Dalam sel tumbuhan, sistem penghasil dan pemulungan ROS spesifik ditemukan di berbagai organel seperti kloroplas, mitokondria, dan peroksisom. Jalur pemulungan ROS dari kompartemen seluler yang berbeda terkoordinasi [112]. Dalam kondisi normal, metabolit oksigen yang berpotensi toksik dihasilkan pada tingkat rendah dan terdapat keseimbangan yang tepat antara produksi dan pendinginan ROS. Keseimbangan antara produksi dan pendinginan ROS mungkin terganggu oleh sejumlah hal yang merugikan Dalam kondisi fisiologis, baik H2O2 maupun O2 tidak dapat menyebabkan kerusakan untai in vitro . Oleh karena itu, disimpulkan bahwa toksisitas yang terkait dengan ROS in vivo ini kemungkinan besar disebabkan oleh reaksi Fenton. Ketika •OH menyerang DNA atau protein yang terkait dengannya, ikatan silang protein DNA terbentuk [110]. Tautan silang protein DNA tidak dapat segera diperbaiki dan mungkin mematikan jika replikasi atau transkripsi mendahului perbaikan. DNA mitokondria dan kloroplas lebih rentan terhadap kerusakan oksidatif dibandingkan DNA inti karena kurangnya protein pelindung, histon, dan lokasi yang dekat dengan sistem penghasil ROS pada DNA mitokondria dan kloroplas (111).
2.4.3. DNA. ROS adalah sumber utama kerusakan DNA (102).
Radikal hidroksil diketahui bereaksi dengan semua basa purin dan pirimidin dan, juga, tulang punggung deoksiribosa [105]. •OH menghasilkan berbagai produk dari basa DNA yang terutama mencakup hidroksilasi C-8 guanin untuk membentuk 8-okso-7,8 dehidro-2 - deoksiguanosin, hidroksimetil urea, urea, timin glikol, timin dan adenin terbuka cincin, dan jenuh produk [106]. 8- Hydroxyguanine adalah produk yang paling umum diamati. 1O2 hanya bereaksi dengan guanin, sedangkan H2O2 dan O2 •ÿ tidak bereaksi dengan basa sama sekali [104, 107]. Kerusakan DNA yang disebabkan oleh ROS juga mencakup berbagai perubahan mutagenik. Misalnya, mutasi yang timbul dari modifikasi
selektif situs G:C, khususnya, menunjukkan serangan oksidatif pada DNA oleh ROS. ROS menyerang basis DNA secara tidak langsung melalui produk reaktif yang dihasilkan oleh serangan ROS terhadap makromolekul lain seperti lipid (108).
Serangan ROS terhadap gula DNA menyebabkan putusnya untai tunggal.
Peroksidasi asam lemak tak jenuh ganda oleh serangan ROS dapat menyebabkan kerusakan rantai sehingga meningkatkan fluiditas dan permeabilitas membran.
Oksidasi pusat besi-sulfur oleh O2 bersifat ireversibel dan menyebabkan inaktivasi enzim [98]. Dalam kasus ini, logam (Fe) berikatan dengan tempat pengikatan kation divalen pada protein. Logam (Fe), kemudian, bereaksi dalam reaksi Fenton untuk membentuk •OH yang dengan cepat mengoksidasi residu asam amino pada atau dekat tempat pengikatan kation protein [99]. Protein teroksidasi berfungsi sebagai substrat yang lebih baik untuk pencernaan proteolitik. Telah dikemukakan bahwa oksidasi protein dapat mempengaruhi terjadinya ubiquitinasi, yang pada gilirannya akan menjadi target degradasi proteasomal [100]. Inkubasi ekstrak kasar daun kacang polong dengan peningkatan konsentrasi H2O2 , tanaman yang diberi perlakuan Cd dan peroksisom yang dimurnikan dari daun kacang polong menunjukkan peningkatan kandungan karbonil. Protein teroksidasi lebih efisien terdegradasi, dan aktivitas proteolitik meningkat 20% karena perlakuan logam [94]. Beberapa penelitian telah mengungkapkan bahwa setelah tingkat tertentu, kerusakan lebih lanjut akan menyebabkan produk berikatan silang dan teragregasi secara ekstensif, yang tidak hanya merupakan substrat yang buruk untuk degradasi, namun juga dapat menghambat protease untuk mendegradasi protein teroksidasi lainnya (101) .
nukleotida, berbagai modifikasi basa organik nukleotida, dan ikatan silang DNA- protein. Lebih lanjut, perubahan nukleotida pada satu untai dapat mengakibatkan ketidaksesuaian dengan nukleotida pada untai lainnya, sehingga mengakibatkan mutasi berikutnya. Peningkatan degradasi DNA telah diamati pada tanaman yang terpapar berbagai tekanan lingkungan seperti salinitas (103) dan toksisitas logam (17). Baik bagian gula maupun basa DNA rentan terhadap oksidasi oleh ROS. Serangan oksidatif terhadap basa DNA umumnya melibatkan adisi •OH pada ikatan rangkap, sedangkan kerusakan akibat gula terutama disebabkan oleh abstraksi hidrogen dari deoksiribosa [104].
•ÿ
•ÿ
3. Sistem Pertahanan Antioksidan pada Tumbuhan
AsA dianggap sebagai antioksidan kuat karena kemampuannya menyumbangkan elektron dalam sejumlah reaksi enzimatik dan nonenzimatik. AsA telah terbukti memainkan peran penting dalam beberapa proses fisiologis pada tanaman, termasuk pertumbuhan, diferensiasi, dan metabolisme. Mayoritas kumpulan AsA pada tanaman disumbangkan oleh D-mannose/L-galaktosa yang biasa disebut jalur Smirnoff-Wheeler yang berlangsung melalui GDP-D-mannose, GDP-L- galactose, L-galactose, dan L-galactono-1, 4-lakton [117]. AsA juga disintesis melalui zat antara asam uronat, seperti asam D-galakturonat [118]. Dalam jalur ini asam D-galakturonat direduksi menjadi asam L- galaktonat oleh asam reduktase galakturonat, yang kemudian diubah menjadi L-galaktono-1,4-lakton. L-galaktono-1,4-lakton selanjutnya dioksidasi menjadi AsA oleh enzim L-galaktono-1,4-lakton dehidrogenase (GALDH). Ini disintesis di mitokondria oleh L-galaktono-ÿ-lakton dehidrogenase dan diangkut ke komponen sel lain melalui gradien proton- elektrokimia atau melalui difusi terfasilitasi. Hal ini terdeteksi di sebagian besar jenis sel tanaman, organel dan apoplas pada tanaman [119] dan ditemukan sangat melimpah di jaringan fotosintesis [120]. Sebagian besar AsA, hampir lebih dari 90%, terlokalisasi di sitoplasma, namun tidak seperti antioksidan terlarut lainnya, sebagian besar diekspor ke apoplas, yang terdapat dalam konsentrasi milimolar. AsA apoplastik diyakini mewakili garis pertahanan pertama terhadap oksidan eksternal yang berpotensi merusak [121]. AsA melindungi makromolekul penting dari kerusakan oksidatif. Dalam kondisi fisiologis normal, AsA sebagian besar berada dalam keadaan tereduksi di kloroplas dimana ia juga bertindak sebagai kofaktor violaxanthin de-epoxidase, sehingga mempertahankan pembuangan energi eksitasi berlebih [122]. Ini memberikan perlindungan membran secara langsung
bereaksi dengan O2 •ÿ, H2O2 dan meregenerasi ÿ-tokoferol dari radikal tokoferoksil dan mempertahankan aktivitas enzim yang mengandung ion logam transisi prostetik [21]. AsA memiliki peran penting dalam
penghapusan H2O2 melalui siklus AsA-GSH [49]. Oksidasi AsA terjadi dalam dua langkah berurutan, pertama menghasilkan monodehydroascorbate (MDHA) dan selanjutnya dehydroascorbate (DHA). Dalam siklus AsA- GSH, dua molekul AsA digunakan oleh APX untuk mereduksi H2O2 menjadi air yang bersamaan dengan pembentukan MDHA.
3.1.1. Askorbat. Askorbat (AsA) adalah antioksidan dengan berat molekul rendah yang paling melimpah dan memiliki peran penting dalam
pertahanan terhadap stres oksidatif yang disebabkan oleh peningkatan kadar ROS.
faktor lingkungan, sehingga menimbulkan peningkatan cepat tingkat ROS intraseluler [63, 113], yang dapat menginduksi kerusakan oksidatif pada lipid, protein, dan asam nukleat. Untuk menghindari kerusakan oksidatif, tanaman tingkat tinggi meningkatkan tingkat pertahanan antioksidan endogen [113]. Berbagai komponen sistem pertahanan antioksidan yang terlibat dalam pemulungan ROS telah dimanipulasi, diekspresikan secara berlebihan, atau diturunkan regulasinya untuk menambah pengetahuan dan pemahaman saat ini tentang peran sistem antioksidan.
Antioksidan ini berinteraksi dengan berbagai komponen seluler dan selain berperan penting dalam pertahanan dan sebagai kofaktor enzim, antioksidan ini mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman dengan memodulasi proses dari mitosis dan pemanjangan sel hingga penuaan dan kematian sel (114) . Mutan dengan kandungan antioksidan nonenzim yang menurun telah terbukti hipersensitif terhadap stres [115, 116].
Tingkat AsA telah dilaporkan berubah sebagai respons terhadap berbagai tekanan [8, 11, 13, 14, 125, 126]. Tingkat AsA di bawah tekanan lingkungan bergantung pada keseimbangan antara laju dan kapasitas biosintesis AsA dan pergantian terkait dengan permintaan antioksidan [127]. Ekspresi berlebihan enzim yang terlibat dalam biosintesis AsA memberikan toleransi terhadap cekaman abiotik pada tanaman. GDP- Mannose 3,5 -epimerase (GME) mengkatalisis konversi GDP-D-mannose menjadi GDP-L-galaktosa, sebuah langkah penting dalam jalur Smirnoff- Wheeler dari biosintesis AsA di tumbuhan tingkat tinggi. Ekspresi berlebih dari dua anggota keluarga gen GME mengakibatkan peningkatan akumulasi askorbat dan peningkatan toleransi terhadap cekaman abiotik pada tanaman tomat (128). Ekspresi berlebih dari reduktase asam D- galakturonat stroberi yang berpartisipasi dalam jalur biosintetik AsA yang melibatkan asam D-galakturonat sebagai perantara dan mereduksi asam D-galakturonat menjadi asam L-galaktonat, menyebabkan akumulasi AsA dan meningkatkan toleransi cekaman abiotik pada tanaman kentang [ 129 ]. Peningkatan kandungan AsA telah terbukti memberikan toleransi stres oksidatif pada Arabidopsis (130). Mutan vtc-1 , yang kekurangan aktivitas pirofosforilase GDP-mannose, suatu enzim yang ditemukan pada bagian awal jalur biosintetik askorbat sebelum menjadi sintesis askorbat [117] ditemukan lebih sensitif terhadap pengobatan tambahan UV-B dibandingkan tanaman tipe liar [115].
Telah terdeteksi hampir di semua kompartemen sel seperti sitosol, kloroplas, retikulum endoplasma, vakuola, dan mitokondria [131]. GSH disintesis dalam sitosol dan kloroplas sel tumbuhan melalui isoform spesifik kompartemen ÿ-glutamyl-cysteinyl synthetase (ÿ-ECS) dan glutathione synthetase (GS). Keseimbangan antara GSH dan glutathione disulfide (GSSG) merupakan komponen utama dalam mempertahankan keadaan redoks seluler. Karena daya reduksinya, GSH memainkan peran penting dalam beragam proses biologis, termasuk pertumbuhan/
pembelahan sel, regulasi trans-port sulfat, transduksi sinyal, konjugasi metabolit, regulasi enzimatik, sintesis protein dan asam nukleat, 3.1. Komponen Nonenzimatik Sistem Pertahanan Antioksidatif. Komponen
nonenzimik dari sistem pertahanan antioksidan meliputi buffer redoks seluler utama askorbat (AsA) dan glutathione (ÿ-glutamyl-cysteinyl-glycine, GSH) serta tokoferol, karotenoid, dan senyawa fenolik.
3.1.2. Glutathione. Tripeptida glutathione (ÿ-glutamyl-cysteinyl-glycine, GSH) adalah salah satu tiol nonprotein dengan berat molekul rendah yang penting yang memainkan peran penting dalam pertahanan intraseluler terhadap kerusakan oksidatif yang disebabkan oleh ROS.
MDHA adalah radikal dengan waktu hidup yang singkat dan dapat secara spontan terdismutasikan menjadi DHA dan AsA atau direduksi menjadi AsA oleh enzim MDHAR yang bergantung pada NADP(H) [123]. DHA juga sangat tidak stabil pada nilai pH lebih besar dari 6,0 dan terurai menjadi tartarat dan oksalat [21]. Untuk mencegah hal ini, DHA dengan cepat direduksi menjadi AsA oleh enzim DHAR menggunakan reduksi setara dari GSH [124].
GSH mendaur ulang AsA dari oksidasi menjadi bentuk tereduksi oleh enzim DHAR [133]. GSH juga dapat mereduksi DHA melalui mekanisme nonenzim pada pH > 7 dan pada konsentrasi GSH lebih besar dari 1 mM. Ini mungkin merupakan jalur yang signifikan dalam kloroplas, dimana dengan adanya cahaya, pH tetap sekitar 8 dan konsentrasi GSH mungkin mencapai 5 mM [134]. Pembuatan dan pemeliharaan kumpulan GSH yang tereduksi, baik melalui sintesis de novo atau melalui daur ulang oleh GR, menggunakan NADPH sebagai kofaktor dan donor elektron, merupakan hal yang sangat penting bagi sel. Peran GSH dalam sistem pertahanan antioksidan memberikan alasan untuk penggunaannya sebagai penanda stres. Ketika pohon apel mengalami kekeringan yang progresif, respons awalnya adalah sedikit oksidasi kumpulan GSH, diikuti dengan peningkatan konsentrasi GSH.
3.1.4. Karotenoid. Karotenoid juga termasuk dalam kelompok antioksidan lipofilik dan mampu mendetoksifikasi berbagai bentuk ROS (154). Karotenoid ditemukan pada tumbuhan dan juga mikroorganisme. Pada tumbuhan, karotenoid menyerap cahaya di wilayah antara 400 dan 550 nm dari spektrum tampak dan meneruskan energi yang ditangkap ke Chl [155].
Ketika stres meningkat, konsentrasi GSH turun dan keadaan redoks menjadi lebih teroksidasi, yang menandai degradasi sistem [135].
Mirip dengan cekaman kekeringan, perubahan rasio GSH/GSSG telah diamati pada tanaman di bawah berbagai tekanan seperti salinitas [136], suhu dingin [126], dan toksisitas logam [11, 13-15].
Ekspresi berlebihan enzim glutathione sintetase yang terlibat dalam biosintesis GSH tidak menunjukkan efek pada tingkat GSH dan tidak cukup untuk meningkatkan toleransi ozon [137] dan ketahanan terhadap fotoinhibisi [138] pada poplar hibrida (Populus tremula × P.
alba). Namun, ekspresi berlebih dari ÿ-ECS menunjukkan penurunan sensitivitas terhadap cekaman kadmium pada sawi India (139) dan meningkatkan toleransi terhadap herbisida kloroasetanilida pada tanaman poplar (140). Eltayeb dan rekan kerja [141] mengamati perlindungan yang lebih besar terhadap kerusakan oksidatif yang disebabkan oleh berbagai tekanan lingkungan pada kentang transgenik dengan tingkat glutathione tereduksi yang lebih tinggi.
2-metil-6-phytylbenzoquinol methyltransferase (VTE3), tocopherol cyclase (VTE1), ÿ-tocopherol methyltransferase (VTE4) terlibat dalam biosintesis tokoferol, tidak termasuk jalur bypass sintesis dan pemanfaatan phytyl-tail [145]. Tokoferol diketahui melindungi lipid dan komponen membran lainnya dengan cara pendinginan fisik dan reaksi kimia dengan O2 dalam kloroplas, sehingga melindungi struktur dan fungsi PSII (146). Tokoferol mencegah langkah perambatan rantai dalam autooksidasi lipid sehingga menjadikannya perangkap radikal bebas yang efektif. Cincin ben-zoquinon yang tersubstitusi sepenuhnya dan rantai fitil tokoferol yang tereduksi sepenuhnya bertindak sebagai antioksidan dalam interaksi redoks dengan 1O2 [105, 147].
Sebagai antioksidan, mereka mengais 1O2 untuk menghambat kerusakan oksidatif dan memadamkan molekul triplet sensitizer (3Chlÿ) dan klorofil tereksitasi (Chlÿ) untuk mencegah pembentukan 1O2 untuk melindungi peralatan fotosintesis. Karotenoid juga berfungsi sebagai prekursor molekul pemberi sinyal yang
mempengaruhi perkembangan tanaman dan respons stres biotik/abiotik [156].
Kemampuan karotenoid untuk mengais, mencegah atau meminimalkan produksi klorofil triplet mungkin disebabkan oleh spesifisitas kimianya. Karotenoid mengandung rantai residu isoprena yang mengandung banyak ikatan rangkap terkonjugasi yang memungkinkan pengambilan energi dengan mudah dari molekul yang tereksitasi dan pembuangan energi berlebih sebagai panas [7]. Gomathi dan Rakkiyapan (157) mengamati bahwa kandungan karotenoid yang tinggi mendukung adaptasi tanaman tebu yang lebih baik dalam kondisi salin.
Pendinginan oksigen 1O2 oleh tokoferol sangat efisien, dan diperkirakan bahwa satu molekul ÿ-tokoferol dapat menetralkan hingga 220 molekul 1O2 secara in vitro sebelum terdegradasi [143].
Regenerasi tokoferol teroksidasi kembali ke bentuk tereduksinya dapat dicapai dengan AsA, GSH [147] atau koenzim Q [148].
Akumulasi ÿ-tokoferol telah terbukti menginduksi toleransi terhadap suhu dingin, defisit air, dan salinitas pada spesies tanaman yang berbeda [149-152]. Ditemukan bahwa rekayasa metabolik jalur biosintetik tokoferol mempengaruhi kumpulan askorbat dan
glutathione endogen dalam daun. Penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa tingkat ekspresi gen yang mengkode enzim siklus Halliwell- Asada diatur, seperti APX, DHAR dan MDHAR (145).
sintesis fitokelatin untuk khelasi logam, detoksifikasi xenobiotik, dan ekspresi gen yang responsif terhadap stres [48]. GSH berfungsi sebagai antioksidan dalam banyak hal. Ia dapat bereaksi secara kimia dengan O2 •ÿ, •OH, H2O2 dan oleh karena itu, dapat berfungsi secara langsung sebagai pembasmi radikal bebas. GSH dapat melindungi makromolekul (yaitu protein, lipid, DNA) baik dengan pembentukan hasil tambahan secara langsung dengan elektrofil reaktif (glutathiolasi) atau dengan bertindak sebagai donor proton dengan adanya ROS atau radikal bebas organik, menghasilkan GSSG [132] . Ia dapat berpartisipasi dalam regenerasi AsA antioksidan potensial lainnya, melalui siklus AsA-GSH.
3.1.3. Tokoferol. Tokoferol (ÿ, ÿ, ÿ, dan ÿ) mewakili sekelompok antioksidan lipofilik yang terlibat dalam pembersihan radikal bebas oksigen, radikal peroksi lipid, dan 1O2 [142].
Mutan Arabidopsis thaliana dengan penyisipan T-DNA pada gen biosintesis tokoferol, tokoferol siklase (vte1) dan ÿ-tokoferol metiltransferase (vte4) menunjukkan konsentrasi gugus protein karbonil dan GSSG yang lebih tinggi dibandingkan dengan tipe liar, yang menunjukkan perkembangan stres oksidatif [116]. Tanaman padi transgenik dengan gangguan RNA Os-VTE1 (OsVTE1-RNAi) lebih sensitif terhadap cekaman garam sedangkan, sebaliknya, tanaman transgenik yang mengekspresi OsVTE1 (OsVTE1-OX) secara berlebihan menunjukkan toleransi yang lebih tinggi terhadap cekaman garam (153) . Pabrik OsVTE1-OX juga mengumpulkan lebih sedikit H2O2 dibandingkan pabrik kontrol.
Aktivitas antioksidan relatif dari isomer tokoferol in vivo adalah ÿ>ÿ>ÿ>ÿ yang disebabkan oleh pola metilasi dan jumlah gugus metil yang melekat pada cincin fenolik dari struktur kepala polar [143].
Oleh karena itu, ÿ-tokoferol dengan tiga substituen metilnya memiliki aktivitas antioksidan tertinggi dibandingkan tokoferol [144]. Tokoferol hanya disintesis oleh organisme fotosintetik dan hanya terdapat di bagian hijau tanaman. Jalur biosintetik tokoferol memanfaatkan dua senyawa asam homogentisat (HGA) dan fitil difosfat (PDP) sebagai prekursor. Setidaknya 5 enzim 4-hydroxyphenylpyruvate dioxy- genase (HPPD), homogentisate phytyl transferases (VTE2),
Ketika sel mengalami tekanan untuk mendapatkan energi dan dengan cepat menghasilkan H2O2 melalui proses katabolik, H2O2 didegradasi oleh CAT dengan cara yang hemat energi [188]. Stres lingkungan menyebabkan peningkatan atau penurunan aktivitas CAT, tergantung pada intensitas, durasi, dan jenis stres [8, 10, 189]. Secara umum, stres yang menurunkan laju pergantian protein juga menurunkan aktivitas CAT.
Analisis stres menunjukkan peningkatan kerentanan tanaman yang kekurangan CAT terhadap paraquat, garam dan ozon, namun tidak terhadap suhu dingin (190). Pada tanaman tembakau transgenik, yang memiliki 10% tipe liar, aktivitas CAT menunjukkan akumulasi GSSG dan penurunan AsA sebesar 4 kali lipat, menunjukkan bahwa CAT sangat penting untuk menjaga keseimbangan redoks selama stres oksidatif [190] . Ekspresi gen CAT yang berlebihan dari Brassica juncea yang dimasukkan ke dalam tembakau, meningkatkan toleransinya terhadap stres oksidatif yang diinduksi Cd [191].
3.2. Komponen Enzimatik. Komponen enzimatik sistem pertahanan antioksidan terdiri dari beberapa enzim antioksidan seperti superoksida dismutase (SOD), katalase (CAT), guaiacol peroksidase (GPX), enzim ascorbate-glutathione (AsA-GSH) cycle ascorbate peroxidase (APX) , monodehydroascorbate reduktase (MDHAR), dehydroascor-bate reduktase (DHAR), dan glutathione reduktase (GR)
Aktivitas SOD telah dilaporkan meningkat pada tanaman yang terkena berbagai tekanan lingkungan, termasuk kekeringan dan toksisitas logam [8, 13]. Peningkatan aktivitas SOD seringkali berkorelasi dengan peningkatan toleransi tanaman terhadap tekanan lingkungan. Disarankan agar SOD dapat digunakan sebagai kriteria seleksi tidak langsung untuk menyaring bahan tanaman tahan kekeringan [22]. Produksi SOD yang berlebihan telah dilaporkan mengakibatkan peningkatan toleransi stres oksidatif pada tanaman (183).
CAT memiliki tingkat pergantian yang sangat cepat, tetapi afinitasnya jauh lebih rendah terhadap H2O2 dibandingkan APX. Peroksisom adalah tempat utama produksi H2O2 . CAT mengais H2O2 yang dihasilkan dalam organel ini selama oksidasi fotorespirasi, oksidasi ÿ asam lemak, dan sistem enzim lain seperti XOD yang digabungkan dengan SOD [3, 184, 185]. Meskipun sering terdapat laporan mengenai keberadaan CAT di sitosol, kloroplas, dan mitokondria, keberadaan aktivitas CAT yang signifikan di dalamnya masih belum diketahui secara pasti [186]. Sampai saat ini, semua spesies angiospermae yang diteliti mengandung tiga gen CAT. Willekens dkk. [187] mengusulkan klasifikasi CAT berdasarkan profil ekspresi gen tembakau. CAT kelas I diekspresikan dalam jaringan fotosintesis dan diatur oleh cahaya. CAT Kelas II diekspresikan dalam jumlah tinggi di jaringan pembuluh darah, sedangkan CAT Kelas III sangat melimpah di benih dan bibit muda.
3.2.3. Guaiakol Peroksidase. Guaiacol peroksidase (GPX, EC 1.11.1.7), suatu heme yang mengandung protein, lebih disukai mengoksidasi donor elektron aromatik seperti guaiacol dan pyragallol dengan mengorbankan H2O2. Banyak ditemukan pada hewan, tumbuhan,
H2O2 telah terlibat dalam banyak kondisi stres.
Janas dan rekan kerja [161] mengamati bahwa ROS dapat berfungsi sebagai sinyal umum untuk penyesuaian terhadap stres Cu2+ dan dapat menyebabkan akumulasi senyawa fenolik total pada akar lentil yang tumbuh gelap. Arabidopsis thaliana L. mutan , yang memiliki cacat gen tunggal yang menyebabkan terhambatnya sintesis sekelompok flavonoid, menunjukkan peningkatan sensitivitas yang dramatis terhadap radiasi UV-B dibandingkan dengan tanaman tipe liar [162] . Tanaman kentang transgenik dengan peningkatan konsentrasi flavonoid menunjukkan peningkatan kapasitas antioksidan [163].
Tiga isozim SOD tembaga/seng SOD (Cu/Zn-SOD), SOD mangan (Mn- SOD), dan SOD besi (Fe-SOD) dilaporkan pada tanaman [176, 177 ] . Semua bentuk SOD dikodekan secara nuklir dan ditargetkan ke
kompartemen subselulernya masing-masing melalui rangkaian penargetan terminal amino (178). MnSOD terlokalisasi di mitokondria, sedangkan Fe- SOD terlokalisasi di kloroplas (179). Cu/Zn-SOD hadir dalam tiga isoform, yang ditemukan di sitosol, kloroplas,
3.2.2. Katalase. Di antara enzim antioksidan, katalase (CAT, 1.11.1.6) merupakan enzim pertama yang ditemukan dan dikarakterisasi. Ini adalah enzim yang mengandung heme tetramerik di mana-mana yang mengkatalisis dismutasi dua molekul H2O2 menjadi air dan oksigen. Ia mempunyai spesifisitas yang tinggi terhadap H2O2, tetapi aktivitasnya lemah terhadap peroksida organik. Tumbuhan mengandung beberapa jenis enzim pendegradasi H2O2, namun CAT bersifat unik karena tidak memerlukan enzim pereduksi seluler yang setara.
dan peroksisom dan mitokondria [178, 180–182]. Cu/Zn-SOD eukariotik sensitif terhadap sianida dan berbentuk dimer, sedangkan dua lainnya (Mn-SOD dan Fe-SOD) tidak sensitif terhadap sianida dan mungkin berupa dimer atau tetramer [ 175, 182].
[21]. Enzim-enzim ini beroperasi di kompartemen subselular yang berbeda dan merespons secara bersamaan ketika sel-sel terkena stres oksidatif. Tabel 1 menunjukkan berbagai enzim antioksidan yang memainkan peran penting dalam membersihkan ROS yang disebabkan oleh stres yang dihasilkan pada tanaman.
3.2.1. Superoksida Dismutase. Superoksida dismutase (SOD, 1.15.1.1) memainkan peran sentral dalam pertahanan terhadap stres oksidatif di semua organisme aerobik [175]. Enzim SOD termasuk dalam kelompok metaloenzim dan mengkatalisis dismutasi O2 menjadi O2 dan H2O2. Ia hadir di sebagian besar kompartemen subselular yang menghasilkan oksigen aktif.
3.1.5. Senyawa Fenolik. Fenolik adalah beragam metabolit sekunder (flavonoid, tanin, ester hidroksisinamat, dan lignin) yang memiliki sifat antioksidan. Mereka banyak ditemukan di jaringan tanaman [158].
Polifenol mengandung cincin aromatik dengan substituen –OH atau OCH3 yang bersama-sama berkontribusi terhadap aktivitas biologisnya, termasuk tindakan antioksidan. Mereka telah terbukti mengungguli antioksidan terkenal, AsA dan ÿ-tokoferol, dalam pengujian antioksidan in vitro karena kapasitasnya yang kuat untuk menyumbangkan elektron atau atom hidrogen. Polifenol dapat mengkelat ion logam transisi, dapat secara langsung mengais spesies molekul oksigen aktif, dan dapat menghambat peroksidasi lipid dengan menjebak radikal alksil lipid. Mereka juga memodifikasi urutan pengepakan lipid dan menurunkan fluiditas membran [159]. Perubahan ini dapat menghambat difusi radikal bebas dan membatasi reaksi peroksidatif. Terlebih lagi, telah ditunjukkan bahwa, khususnya, flavonoid dan fenilpropanoid dioksidasi oleh peroksidase, dan bekerja dalam sistem fenolik/AsA/POD yang menangkap H2O2. Ada beberapa bukti induksi metabolisme fenolik pada tanaman sebagai respons terhadap berbagai tekanan [160].
•ÿ