CYTOKININ (sitokinin) - Fakultas Pertanian UNRAM

CYTOKININ
(sitokinin)
Bambang B. Santoso
Fakultas Pertanian UNRAM
24 September 2010
PENGANTAR
• Auksin dan giberelin  hanya pemanjangan sel
• Tanaman tdk dpt tumbuh normal hanya dgn
pemanjangan sel  sel memanjang terbatas
• Proses penting pertumbuhan tanaman 
pembelahan sel  menambah jumlah sel
PENGANTAR
• Pembelahan sel dikontrol oleh hormon
• Pada buah dan biji yg sedang berkembang 
senyawa pemicu pembelahan sel  terutama
di bagian biji yg bersifat embrional
• Embrio menerima senyawa tersebut dari
endosperm
• Endosperm cair pada buah kelapa (air kelapa)
kaya dengan faktor pemacu pembelahan sel
PENGANTAR
• Air kelapa tidak hanya memacu pembelahan
sel pd embrio kelapa ttp jg pd embrio Detura
dan tanaman lain yang dikultur in vitro.
• Ekstrak buah (jagung, Ginkgo, dan bbrp
tanaman lain) yg sdg berkembang juga
mengandung senyawa pemacu pembelahan
sel
Sekilas coconut milk (air kelapa)
• Merupakan senyawa kompleks
• Steward & Shantz mengisolasi dan purifikasi zat aktif
yg ada di dalam air kelapa
• Berhasil diisolasi: 2 senyawa yaitu diphenyl urea dan
myo inositol
• Selain itu ada bbrp senyawa lain: auksin, giberelin,
asam amino, asam nukleat dll.
• Pengaruh air kelapa thd pembelahan sel mrp efek dr
semua senyawa yg terkandung didlmnya bukan efek
tunggal dari salah satu senyawa.
PENGANTAR
• Terobosan nyata dlm penemuan sitokinin adl
penelitian di bidang kultur jaringan
• Folk Skoog dkk di university of Wisconsin 
menumbuhkan potongan jaringan empulur
tanaman tembakau secara in vitro pd media dg
elemen makro dan mikro, vitamin dan sukrosa
 jaringan tidak dapat tumbuh
• Ketika auksin di+kan ke media  sel
memanjang tetapi tidak membelah
PENGANTAR
• Jablonski dan Skoog (1954)  jaringan
empulur jika dikultur kan bersama jaringan
floem  sel mulai aktif membelah
• Jika jaringan empulur kontak dg floem 
cukup utk memacu pembelahan sel  floem
dpt mensuplai faktor yg menyebabkan
terjadinya pembelahan sel
• Usaha untuk mengekstrak senyawa aktif dari
floem tembakau belum berhasil.
PENGANTAR
• Sel empulur tembakau yg dikultur in vitro di
medium yg ditambah kinetin dan auksin 
mulai membelah dan kemudian membentuk
masa sel parenkimatis yg belum terorganisasi 
disebut kalus
• Jika yg ditambahkan ke media itu berupa :
auksin saja  sel memanjang tdk membelah
kinetin saja  tidak efektif
Utk pembelahan, sel membutuhkan paling
sedikit 2 zpt  auksin dan kinetin  yg akan
berinteraksi dan memacu pembelahan sel
SEJARAH SITOKININ
1892 Weisner
• Pembelahan sel tanaman diduga diatur oleh
suatu senyawa tertentu
• Cara untuk mempelajari hormon tanaman 
mempelajari kerja hormon pada sel tunggal
1902 Haberlandt
• usahanya gagal untuk menginduksi sel agar
membelah secara in vitro
SEJARAH SITOKININ
1913 Haberlandt
• Cairan floem menginduksi pembelahan sel parenkim
kentang
• Berarti terdapat senyawa yang merangsang
pembelahan sel
1921 Haberlandt
• Jika ada luka maka ada proses induksi pembelahan sel
untuk menutup permukaan yang luka
• Senyawa perangsang pembelahan sel diduga
merupakan molekul yang kecil
SEJARAH SITOKININ
1941 Skoog
• Teknologi kultur jaringan tumbuhan mulai
berkembang
• Apakah sel dapat diikusi untuk tumbuh secara
normal sebagai sel bila dikultur secara in vitro ?
Apakah penambahan nutrisi dan zat pengatur
tumbuh, auksin, Cukup untuk menginduksi sel
untuk tumbuh secara normal?
• Jaringan internodus batang tidak dapat tumbuh
pada saat dikultur pada media tanpa ditambah
hormon auksin
SEJARAH SITOKININ
• Ketika auksin diaplikasikan pada empulur batang
tembakau  sel membesar tapi tidak membelah
• Senyawa alami apakah yang mengandung senyawa
yang dapat merangsang pembelahan sel ??
• Ekstrak batang tembakau memberikan pengaruh
yang tidak konsisten
• Air kelapa, malt, ekstrak yeast, DNA sperma ikan
herring yang diotoklaf merangsang pembelahan sel
empulur tembakau
SEJARAH SITOKININ
1955-6 Miller et al.
• Kinetin (furfurylamino purine) berhasil diidentifikasi dari
DNA ikan hering yang diotoklaf sebagai zat kimia yang
dapat merangsang pembelahan sel
• Kinetin terbentuk dari reaksi antara adenine dan
deoxyribose atau reaksi kompleks yang melibatkan
proses dehidrasi dan rearrangement residu
deoxyadenosine
• Kinin semula diusulkan sbg nama, ternyata sudah
digunakan untuk hormon pd hewan  dipilih nama
cytokinin (Skoog) (sitokinesis = pembelahan sel)
• kinetin jelas terbukti sebagai senyawa yang secara in vivo
berperan sebagai sitokinin
SEJARAH SITOKININ
1963-64 Letham
• Sitokinin pertama kali diisolasi dan
diidentifikasi strukturnya dari jagung
kernels
• karena Letham berasal dari New Zealand,
atau karena senyawa ini diisolasi dari Zea
maize, maka diberi nama ZEATIN.
KEBERADAAN DAN DISTRIBUSI
• Dalam tumbuhan, sitokinin dlm 2 bentuk: bebas
dan sbg komponen tRNA as amino serin dan tirosin
• Selain di jagung, zeatin juga tdpt di eksudat akar
bunga matahari, daun begonia dan filtrat kultur
jamur Rhizopogon roseus.
• Selain zeatin, tanaman juga mengandung zeatin
ribozide.
• Misal ribofuranosyl zeatin tdpt di endosperm air
kelapa.
• Dihydrozeatin di biji yellow lupin
KEBERADAAN DAN DISTRIBUSI
Senyawa yg analog dgn zeatin  N6-isopentenyl
adenin (IPA) = N6-dimethylallylamino purine tdpt
di tRNA yeast dan jagung serta pea.
• Senyawa zeatin tdk mempunyai molekul OH
• Methylbutanylamino purine jg merupakan
sitokinin yg sangat aktif
• Senyawa ini pertama kali diisolasi dari filtrat
kultur Corynebacterium fascians
KEBERADAAN DAN DISTRIBUSI
• Sitokinin dilaporkan jg diproduksi di tumor yg
dihasilkan Agrobacterium tumefascians dan
nodul yg dihasilkan Rhizobium japonicum
• tRNA E. coli jg mengandung sitokinin
STRUKTUR SITOKININ
• Turunan Adenine (amino purines)
• Tersusun dari:
(a) the free nitrogenous base
(b) a nucleoside (base + ribose)
(c) a nucleotide (base + ribose + phosphate)
(d) glycosides
• Struktur sitokinin satu dg yg lain dibedakan
oleh rantai samping
• Rantai samping menempel pd molekul
adenin pd N6
• Jika posisi berubah ke tempat lain 
mengurangi keaktifan atau bahkan menjadi
tdk aktif
• Molekul adenin tanpa rantai samping
aktivitas sitokinin lemah
Menempelnya rantai
samping  meningkatkan
keaktifan molekul
• Keaktifan molekul sitokinin akan
meningkat jika rantai samping
memiliki satu atau lebih ikatan ganda
• Rantai samping dpt berupa cincin
 pd benzyl adenine atau
rantai lurus  pd zeatin
Sitokinin sintetik memiliki rantai
samping: furfuril, benzyl, butyl, phenil
atau methyl (BA, Kinetin dan methyl
adenin)
Sitokinin alami memiliki rantai
samping isopentenil (IPA dan zeatin)
• Keaktifan sitokinin akan hilang jika inti adenin
berubah atau rusak
• Molekul adenin sangat penting utk keaktifan
sitokinin
• Sehingga furfuril guanin dan benzil sitosin
bersifat inaktif
• Ada bbrp senyawa non purin yg memiliki
aktifitas sitokinin yg lemah yaitu
N,N-diphenyl urea, benzimidazole dan
myo-inositol
• Basa bebas adalah bentuk aktif (sitokinin)
• Ada 40 struktur yang berbeda
• Zeatin (Z), pertama kali berhasil diisolasi dari
jagung (Zea mays) merupakan sitokinin yang
paling terkenal
• Sitokinin alami lainnya:
dihydrozeatin (DHZ) &
isopentenyladenosine (IPA).
Sitokinin Sintetik
• kinetin merupakan produk samping dari
degradasi (pemecahan zeatin)
• Ada beberapa senyawa lain yang memiliki zat
aktif sitokinin yaitu benzyl adenine
(benzylaminopurine; BA).
Biosintesis dan Metabolisme Sitokinin
• Sitokinin ditemukan
di hampir semua
tanaman tingkat
tinggi
• Di lumut, jamur,
bakteri dan tRNA
beberapa
prokaryotes dan
eukaryotes
Biosintesis dan
Metabolisme
Sitokinin
• Jalur biosintesis =
adenin
• Rantai samping
isopentenil dari
jalur asam
mevalonat
Produk dari jalur mevalonate :
isopentyl pyrophosphate + adenosine monophosphate (AMP) 
isopentenyl adenosine-5'-phosphate (isopentenyl AMP)
phosphate
enzyme isopentenyl AMP
synthase.
isopentenyl adenosine
ribose group.
isopentenyl adenine
Isopentenyl adenine diubah menjadi 3 bentuk
utama sitokinin alami
• Degradasi sitokinin  oleh enzim sitokinin
oksidase.
• Enzim memotong rantai samping dan
melepaskan adenine.
• Derivatnya dpt terbentuk tetapi jalurnya lebih
kompleks dan belum banyak diketahui
Tempat biosintesis:
• Terkandung di tanaman tingkat tinggi
• Ujung Akar dan nodul akar
• embrio dan endosperm biji yg sedang
mengalami perkembangan
• Banyak terkonsentrasi di daerah meristematik
dan di daerah yg aktif tumbuh misal daun
muda, meristem apikal, buah yg sedang
berkembang
• Kandungan sitokinin mulai berkurang pd
jaringan tua yg tidak meristematis lagi
Biosintesis sitokinin
• Ujung akar merupakan tempat penting
biosintesis sitokinin
• Bukti : daun + tangkai direndam di air  daun
segera kehilangan klorofil & menguning
• Jika pd ujung tangkai daun terbentuk akar
adventif  senescence/penuaan tertunda
• Jika tdk ada akar ttp ditambah kinetin 
penuaan jg tertunda
• Pd tanaman tomat, buah tdk tergantung pd
akar utk disuplai sitokinin  bisa mensintesis
sendiri
• Buah berbiji lebih tinggi sitokinin dp buah tdk
berbiji  biji yg sdg berkembang merupakan
tempat sintesis sitokinin
• Mata tunas yg dorman menghasilkan sitokinin
• Semua sel yg aktif membelah mensintesis
asam nukleat shg mampu mensintesis
sitokinin  krn semua sitokinin merupakan
turunan adenin  yg merupakan basa purin
yg tdpt di DNA dan RNA
Contoh organ tanaman yg
mengandung sitokinin
Spesies
Bagian tanaman
Apel
Buah
Ginkgo biloba
Gametofit betina
Pea
Seedling
Bunga matahari
Eksudat akar
Tembakau
Kambium dan jar
tumor
Cairan buah (juice)
Tomat
Transport Sitokinin
• Sitokinin sangat jarang ditranslokasikan
• Pd daun yg ditetesi benzil adenin yg dilabel dgn
14C  senyawa tsb tidak ditranslokasikan ttp tetap
berada ditempat semula
• Transport (akropetal)
dari akar ( tempat produksi utama) ke pucuk 
via xilem (secara pasif melalui jalur transpirasi)
 cairan xilem mengandung sitokinin dlm
konsentrasi tinggi
• Bentuk utama yg ditransport  Zeatin ribosides
• Setelah sampai di daun diubah menjadi basa
bebas (free base) atau glucosides
Mekanisme kerja sitokinin
Belum banyak diketahui dan tidak cukup bukti
utk menyimpulkan mekanisme kerja sitokinin
secara biokimia
Meningkatkan sintesis asam nukleat 
meningkatkan sintesis enzim tRNA sintetase
Mengurangi proses degradasi  mengurangi
aktivitas ribonuklease (RNAse)
Mekanisme kerja sitokinin
• Ada hubungan dekat antara sitokinin dan
asam nukleat
• Sitokinin merupakan turunan adenin yg
merupakan basa purin dari asam nukleat
• Sitokinin membantu tRNA menempel ke
mRNA selama proses sintesis protein
• Kerja sitokinin pd level translasi
Effects
Pembelahan sel
Morfogenesis
Pertumbuhan tunas samping
Penundaan penuaan daun
Perkembangan kloroplas
Mengatur Siklus Sel (Regulates Cell Cycle)
Mengatur siklus sel (pembelahan sel), itulah
maka dinamakan sitokinin (cytokinins) –
khususnya pengendalian pd fase G2 dari
mitosis.
Diatur oleh protein terikat kinase (CDK’s) dan
sub-unitnya yaitu cyclins.
37
Cytokinin dalam siklus sel
Cytokinin mengaktifkan
phosphatase utk
menghambat phosphate
dari CDC2 (adalah
phosphate tdk aktif)
Peranan biologi Sitokinin
AtCKX2-OX
WT
Tembakau mengekpresikan gen
utk cytokinin oxidase → penyebab
sitokinin rendah → menghambat
pertumbuhan tunas krn
berkurangnya kecepatan
pembelahan sel dlm SAM (shoot
apical meristem)
↓
Cytokinins regulate cell division in
vivo
AtCKX1-OX
AtCKX1 and AtCKX2 =
Arabidopsis cytokinin oxidase
WT : wild type
Sitokinin menekan pertumbuhan akar:
‘reducing’ ukuran sel & pembelahan sel
Akar dicat dgn
fluorescent dye utk dpt
melihat inti sel
WT
tobacco
WT
tobacco
AtCKX1-OX
Cytokinin-deficient
AtCKX1-OX
Cytokinin-deficient
Meningkatkan pertumbuhan akar melalui
perbesaran ukuran RAM (root apical
meristem)
sitokinin memiliki peran yg berbeda dlm
mengatur pembelahan sel di RAM dan
SAM
Mengatur pertumbuhan akar
41
Cytokinin menghambat
penuaan daun
• senescence adalah suatu proses program
penuaan pd tanaman
• Terjadi kehilangan/penurunan klorofil, RNA,
protein dan lipids
Penurunan RNA krn peningkatan enzim RNAse
(ribonuklease)
• Terjadi translokasi mineral, asam amino, gula dan
metabolit lain dari daun ke bagian lain
• Permeabilitas membran sel meningkat 
degenerasi organel sel spt inti dan kloroplas
sitokinin memacu perkembangan
kloroplas
kecambah yg tumbuh dlm gelap Perlakuan sitokinin menginduksi
& tanpa sitokinin  Plastids
pembentukan thylakoid plastids
berkembang sbg etioplasts
kecambah yg tumbuh dlm gelap.
• Sitokinin memacu pembentukan klorofil
yang diinduksi oleh cahaya
• Pematangan kloroplas: etioplas akan menjadi
kloroplas jika terkena cahaya
• Sitokinin memacu perkembangan kloroplas
dari etioplas (perubahan etioplas dengan
cara merangsang sintesis klorofil)
Penuaan pd daun dpt
dicegah pd daun
tembakau transgenik yg
mempunyai gen IPT yg
berperan dlm cytokinin
biosynthesis
IPT akan terekspresi utk
merespon signals yg
memacu penuaan (hari
pendek pd musim gugur,
kekeringan, kekurangan
nutrisi yg menyebabkan
berkurangnya produksi
auxin).
Senescence dpt ditunda dg sitokinin
1.Daun di air  menguning dan kehilangan RNA dan
protein
Daun di air + kinetin  tertundanya
kehilangan klorofil, RNA & protein
2.Daun bertangkai direndam di 14C as amino  helaian
daun ditetesi kinetin  14C as amino terkumpul di
helaian daun yg mgd kinetin
Terjadi mobilisasi as amino dan mineral dr bag ian
lain ke jaringan yg di+ kinetin  protein tetap di
daun  mencegah penuaan
3.Aplikasi sitokinin pd ‘ an intact leaf’ mengurangi
kecepatan degradasi klorofil dan protein
4.detached leaves senesce  kadar sitokinin turun
ketika daun + auxin  merangsang
pembentukan akar ketika akar terbentuk :
kadar sitokinin meningkat.  penuaan stops
5.Tobacco plants + senescence promoter sequence
+ IPT gene (cytokinin gene)  gene active on
senescence  no senescence
• Mekanisme belum jelas tp melibatkan
kemampuan sitokinin dalam memobilisasi dan
mengambil (uptake) nutrien  sitokinin
berperan sbg “sink”.
• Sitokinin mengurangi aktivitas RNAse 
mencegah degradasi RNA
• Sitokinin meningkatkan sintesis RNA  terjadi
sintesis protein  menunda penuaan
6.Penelitian lain:
• Daun pea + 14C leusin + kinetin  penuaan
tertunda  tdk terjadi peningkatan
perubahan 14C leusin menjadi protein 
mencegah proses degradasi 14C leusin
• Sitokinin juga mempengaruhi arah transport
metabolit organik, mineral dan akumulasi di
sel
7.Buktinya :
• Metabolit ditranslokasi ke buah dan biji yg
sdg berkembang  krn disitu ada sitokinin
• Transport floem dari ‘source to sinks’ 
dikontrol oleh sitokinin
Pengendalian Bentuk
(Control morphogenesis)
• Pada kultur jaringan tumbuhan, sitokinin
dibutuhkan utk pertumbuhan kalus
kalus + auxin + no sitokinin
little growth of callus
kalus + auxin + sitokinin 
callus grows well, belum terdiferensiasi
• rasio sitokinin dan auxin penting utk
menentukan arah pertumbuhan kalus :
callus + low [cytokinin/auxin] callus grows
well, terbentuk akar
callus + high [cytokinin/auxin] callus grows
well, terbentuk meristem & pucuk/tunas
The auxin:cytokinin ratio regulates
morphogenesis in cultured tissues
Plant
tissue
Shoots
Callus
Roots
No
growth
Nutrient
agar
Auxin
Kinetin
Ratio:
15
150
0.003
High auxin/cytokinin ratio: root
Low auxin/cytokinin ratio: shoot
Intermediate levels: callus
Auxin
Cytokinin
Cytokinin - essential for
shoot development
Peran sitokinin dan auksin pada
dominansi apikal
• Fenomena antagonis
antara sitokinin dan
auksin
• Dominansi Apikal :
penghambatan tunas
aksilar yg disebabkan
pertumbuhan tunas
apikal
• Contoh: Kapri (Pisum sativum) & bunga
matahari (Helianthus annuus)  dominasi
apikal sangat kuat
• Tomat& kentang  dominasi apikal lemah 
banyak cabang lateral
Tunas aksilar =
sintesis sitokinin
• Ada 2 teori auksin & domimasi apikal
• ‘direct theory of auxin’
Terjadi penumpukan auksin di tunas lateral shg
konsentrasi supraoptimal krn selain tunas
lateral memproduksi auksin sendiri, selain
mendpt kiriman auksin dr pucuk 
pertumbuhan tunas lateral terhenti
• ‘Nutrition diversion theory’
Kandungan auksin di tunas lateral sangat
rendah saat tunas pucuk masih di batang
utama  saat tunas pucuk dipotong 
kandungan auksin meningkat
Berdasar teori kedua
• Setelah pucuk dipotong, suplai auksin dr
pucuk ke tunas lateral berkurang  terjadi
ekspresi IPT (isopentenil transferase =
katalisator biosintesis sitokinin)  terbentuk
sitokinin  tunas lateral tumbuh
• Sitokinin  diferensiasi berkas pengangkut
antara tunas lateral dan batang utama  tjd
aliran nutrien dan metabolit  tunas lateral
tumbuh
Berdasar teori kedua
•
& 14C diberikan ke tanaman  bergerak
dan terakumulasi di bagian yg konsentrasi
auksin tinggi  pergerakan nutrien dan
metabolit dikontrol oleh auksin
• Ketika pucuk batang memproduksi auksin 
menerima suplai utama nutrien dan metabolit
 tunas lateral tertekan pertumbuhannya 
pucuk batang terus tumbuh
32P
Lanjutan teori kedua
• Ketika kandungan auksin tunas lateral rendah
 tdk mempunyai berkas pengangkut yg
menghubungkan dgn batang utama
• Ketika pucuk dipotong  auksin tunas lateral
meningkat  membentuk berkas pengangkut
 nutrisi dan metabolit dpt sampai ke tunas
lateral  mampu tumbuh
Peranan sitokinin pd jaringan tanaman
Peranan sitokinin pd kultur jaringan
Things to Remember
• Regulates morphogenesis
• Suppresses growth of root by reducing cell size and cell division
• Crown gall formation
• Regulates cell cycle
• Promotes Plastid/chloroplast development
• They are Adenine derivatives.
• Important first step of biosynthesis is iso-pentenyl transferase
• Cytokinin oxidase contributes to cytokinin catabolism
• WUSCHEL controls meristem function by direct regulation of
cytokinin-inducible response regulators
• Cytokinin-activating enzyme regulates shoot meristem activity
• Cytokinin promotes shoot apical meristem activity
• Cytokinin signal transduction involves two-component signaling
system
66
REFERENCES
• Campbell, N. A. and J. B. Reece. 2002. Biology. Sixth
Edition, Pearson Education. Inc. San Francisco.
• Davies, P.J., 2004. Plant Hormones. Physiology,
Biochemistry, and Molecular Biology. Kluwer
Academic Publishers
• Google search (images) auxin, IAA, 2,4-D, etc
• Taiz, L., E Zeiger. 2002. Plant Physiology. Third Edition.
Sinauer Associates, Inc., Publishers. Sunderland,
Massachusetts.
THE END