Radikal Bebas Dari Senyawa Toksik

KESEHATAN

R A D IK IK AL A L B E BA B A S D A R I S E NY N Y A W A T O K SI S IK K AR A R B ON O N T ET E T RA R A KL K L OR O R ID ID A ( C C L4 L4 ) Kristi Kristina na Simanjuntak

j 

 Abstract  CCL4 is toxi CCL4 toxicc compou compounds nds which which is used used as lipi lipid d solve solvent nt in the the labora laborator tory. y.   If If ther theree is an ex expo posu sure re of CCL4 CCL4 in the the body body,, thou though gh it is only only a li litt ttle le,, may may cause cause hepato hepato toxic toxic (hepa (heparr damage) damage).. The The mecha mechanis nism m ofhepa ofhepato to toxic toxic caused caused by CCL4 CC L4 is the chain chain react reaction ionfr fromf omfree ree radic radical al which which is greate greaterr than than the endog endogen en antiox antioxid idant ant system system.. Such Such free free radica radicall will will direc directly tly damage damage the lipid lipid pero peroxid xidee cell cell memb membran rane, e, protei protein, n, carboh carbohydr ydrate ate,, and DNA DNA in such such away away that that may form form  M MDA DA (Malo (Malondi ndiald aldehy ehyde de)) as the bioma biomarke rkerr of oxida oxidativ tivee stres stress. s. The The preven preventi tion on on such such free free radical radical is by supplyin supplying g antioxid antioxidant ant such as fi-carot fi-caroten, en, a.-toko a.-tokofero ferol, l, vitamine C andflavo andflavonoid noid compoun compounds. ds.

Key words: words:

CCL4, CCL4, radika radikall bebas bebas,, makromo makromolek lekul, ul, stres stres oksid oksidati atif, f, antiok antioksi sidan dan

A. Pe Pend ndah ahuJ uJua uan n

Makanan berserat dan buahbuah buahan an sega segarr sang sangat at dibu dibutu tuhk hkan an ununtuk tuk me menj njag agaa kese keseha hata tan. n. Se Sela lain in pola pola maka ma kan n yang yang diat diatur ur,, harn harnss diim diimba banngai gai deng engan olah olahra raga ga yang ang ter teratur atur.. Keti Ketida daks ksei eimb mbng ngan an nutr nutris isii / gizi gizi berberhubungan dengan timbulnya berbag bagai peny enyakit akit.. Selai elain n fak faktor tor gizi gizi,, fak faktor tor ling lingk kunga ungan n luar luar juga juga perlu erlu mendap mendapat at perhat perhatian ian sepert seperti, i, terpap terpapar ar

'} Fakul Fakulta tas s Kedokt Kedokter eran an

asap asap rokok rokok,, baha bahan n kimi kimiaa toks toksik ik,, popolusi lusi udara udara dan radias radiasi. i. Sala Sa lah h satu satu faktor faktor timb timbul ulny nyaa pepenyak nyakit it adal adalah ah radi radika kall beba bebas. s. Ra Radi dika kall bebas bebas dapat dihasi dihasilka lkan n dari dari hasil hasil metabo taboli lism smee ma maka kana nan n dan dan juga juga fakt faktor or dan faktor faktor lingku lingkunga ngan n luar. luar. Peny Penyaki akitt degen egener erat atif if yang ang dis disebab ebabka kan n oleh leh rad radikal ikal beb bebas adal adalah ah peny enyakit akit karkardiov diovas asku kula lar, r, teka tekana nan n dara darah h ting tinggi gi,,

htkarta tp:ta //www.univpRADIKA ancaIKAL silaL.acBEBAS, .id AS, Kristi 7/3ak 1 UPN UPN "Vet "Veter eran" an" Jakar Ja RAD BEB Kristina na Simanj Simanjunt untak

I 25

KESEHATAN

stroke, sirosis hati, katarak, diabetes melitus, penyakit Parkinson, kanker. Patogenesisnya berlangsung sangat kompleks, memakan waktu yang lama dan belum semua mekanismenya diketahui dengan jelas. (Halliwell B, Gutteridge JMC, 1999, &   Halliwel B, Aruoma O J, 1997) Radikal bebas berperan dalam teIjadinya berbagai penyakit degeneratif, karena radikal bebas memiliki elektron yang tidak berpasangan pada orbit terluarnya sehingga bersifat reaktif untuk bereaksi dengan molekul lain. Radikal bebas dapat merusak makromolekul seperti merusak lipid membran sel, DNA, protein yang menyebabkan stres oksidatif  sel. (Valko M Et aI, 2006). Keadaan stres oksidatif bias anya teIjadi bila jumlah radikal bebas dalam tubuh lebih tinggi dari jumlah sistem antioksidan. Stres oksidatif  yang ditimbulkan oleh radikal bebas terse but dapat ditentukan dengan mengukur salah satu parameter berupa malondialdehid (MDA). Bila kadar MDA tinggi dalam plasma, maka dapat dipastikan sel mengalami stres oksidatif. (Valko M Et aI, 2006). Sumber radikal bebas yang dihasilkan dari luar yang dapat menimbulkan stres oksidatif adalah senyawa toksik seperti karbon tetraklorida (CCL4). CCL4 banyak digunakan di laboratorium, bila tubuh terpapar dapat menyebabkan kerusakan hati. Diketahui hampir semua zat yang diabsorpsi oleh usus diangkut menuju hati. Hati merupakan kelen  jar terbesar dan terberat dalam tubuh, menerima darah tidak saja dari sistem

arterial, tetapi sebagian besar darah berasal dari sistem vena. Oleh karena itu hati merniliki kesempatan pertama untuk memetabolisme senyawa yang berasal dari saluran cerna, termasuk  bahan toksik yang diserap, sehingga hati akan lebih mudah mengalarni kerusakan. (Raymond FB, Kuldeep P,   James ML, 1983). Pengaruh negatif dari radikal bebas dapat diatasi dengan sistem antioksidan. Berdasarkan sumbernya antioksidan dibagi dua yaitu antioksidan endogen dan antioksidan eksogen. Antioksidan endogen adalah antioksidan yang dihasilkan oleh tubuh yang terdiri atas enzim-enzim superoksida dismutase, glutation peroksidase atau glutation reduktase serta enzim katalase dan antioksidan non enzimatik seperti glutation (GSH), transferin, asam urat dan lain-lain. Antioksidan eksogen adalah antioksidan yang dibutuhkan dari luar seperti senyawa-senyawa flavonoid, vitamin C, vitamin E dan karotenoid yang banyak ditemukan dalam sayursayuran dan buah-buahan. (Heinonen Op, Albanes D, 1994). . B.

Pembahasan

1.

Radikal Bebas

Radikal bebas adalah molekul yang memiliki elektron yang tidak  berpasangan pada orbit terluamya, sehingga bersifat reaktif dan tidak  stabil, sehingga cenderung untuk  berikatan dengan senyawa lain untuk membentuk molekul yang stabil. Radikal bebas dapat dihasilkan dari dalam tubuh (endogen) dan juga dari luar tubuh (eksogen). Radikal bebas

http://www.univpancasila.ac.id 261 Bina Widya Vol 18 No. 01, April 2007

7/31

KESEHATAN endogen adalah radikal yang dihasilkan dari dalam tubuh misalnya radikal dari mitokondria, xantin oksidase, NADPH oksidase, mikrosom, membran inti sel dan peroksisom. Radikal bebas eksogen adalah radikal yang dihasilkan dari lingkungan luar seperti, asap rokok, radiasi UV, bahan kimia toksik. Jenis-jenis radikal bebas yang merusak sel terdiri dari : (Setiati S, 2003). a. Reactive Oxygen Species (ROS), yaitu senyawa reaktif turunan oksigen misalnya radikal superoksida (°2*), radikal hidroksil (OH*), radikal alkoksil (RO*), radikal peroksil (R02 *) serta senyawa bukan radikal yang berfungsi sebagai pengoksidasian atau senyawa yang mudah mengalami perubahan menjadi radikal bebas seperti hidrogen peroksida (HP), ozon (03) dan HOCI. b. Reactive Nitrogen Species (RNS), misalnya nitrogen dioksida (N02 *), dan peroksinitrit (ONOO*) dan bukan radikal seperti HN02 dan NP4' Radikal bebas umumnya merusak struktur seluler dan subseluler melalui tiga tahapan yaitu: tahap insiasi (pembentukan radikal bebas), tahap propagasi (reaksi berantai radikal) dan tahap terminasi (reaksi dengan radikal lain atau dengan antioksidan untuk membentuk senyawa yang stabil). Mekanisme timbulnya penyakit degeneratif akibat radikal bebas. (gambar 1).

I

R.d!U: kioM

~~

I

r

J.....

-=

:=s.

'":.F'

, l < a : .1 U J S A A A N

I

F

sa.

!

G a m b a r 1 . M e k an ls m e

t im b u ln y a degeneratlf 

p e ny a klt  

Sumber : Halliwell B, Gutteridge JMC, 1999, & HaIliwel B, Aruoma 01, 1997

2.

Toksisitas Karbon Tetraklorida (CCL4> Karbon tetraklorida

(CCI4) adalah bahan kimia yang bersifat toksik. CCL4 sebagai pelarut lipid memudahkan senyawa tersebut dapat menyeberangi membran sel dan terdistribusi ke semua organ. Sifat toksik CCL4 telah terbukti dari beberapa penelitian, bahwa dosis yang kecil sekalipun dapat menimbulkan efek  pada berbagai organ tubuh termasuk  susunan saraf pusat, hati, ginjal dan peredaran darah. Efef toksik CCL4 yang paling terlihat adalah pada hati (toksisitas CCL4 melebihi daripada kloroform) walaupun keduanya sarna-sarna merusak organ-organ lain. Kerusakan hati akibat terpapar CCL4 tergantung pada dosis yang diberikan. Absorpsi CCL4 selain berlangsung melalui saluran nafas juga dapat melalui seluruh permukaan tubuh termasuk kulit. Pada prinsipnya kerusakan sel hati akibat pemberian CCL4 disebabkan oleh pembentukan radikal bebas, peroksidasi lemak dan penurunan aktivitas enzim-enzim antioksidan. Manifestasi kerusakan hati

http://www.univpancasila.ac.id 7/31 RADIKAL BEBAS, Kristina Simanjuntak

I 27

KESEHATAN secara histologis terlihat berupa infiltrasi lemak, nekrosisi sentrolobuler, dan akhimya sirosis. (Gene DL, et ai, 1999). Pemberian CCL4 pada hewan coba akan menyebabkan terjadinya pelemakan hati. Pelemakan disebabkan karena adanya gangguan sintesis lipoprotein VLDL yang berfungsi sebagai alat transpor lipid dalam tubuh. Biotransformasi CCL4 dalam hati melalui sistem retikulum endoplasmik (sitokrom P 4S O )'  mekanismenya adalah CCL4 yang masuk ke dalam tubuh akan dimetabolisme di dalam hati dan kemudian diubah menjadi radikal triklorometil (CC13*) dan (Cl*). (Raymond FB, Kuldeep P, James MI, 1983). Reduksi elektron ------

Sitokrom P 450

CCL} * + CL

*

Radikal CCL) yang terbentuk  dengan adanya oksigen akan mempercepat reaksi membentuk radikal CCLP2*' Reaksi ini akan semakin kompleks membentuk reaksi berantai. (gambar 2)

G am b ar 2 . M e k an is m e h e pa to to k si k C C L , S u m be r: H a ll iw e ll B , G u tt er id ge J M C , 1 9 99 & , Halliwel B, Aruoma 01 , 1997

28

I Bina

3.

Antioksidan

Antioksidan didefinisikan sebagai senyawa yang terdapat dalam kadar rendah bila dibandingkan dengan substratnya, yang secara signifikan dapat mencegah atau menghambat oksidasi subtrat tersebut sehingga kerusakan yang diakibatkan oleh radikal bebas terhadap sel, jaringan atau organ dapat dicegah. Biasanya efektivitas antioksidan disebabkan oleh sifat senyawa yang akan dilindungi. Tubuh mempunyai mekanisme yang dapat menetralisir bahaya radikal bebas dengan sistem antioksidan, namun timbulnya penyakit disebabkan karena jumlah radikal bebas melebihi jumlah sistem antioksidan. Antioksidan berperan dengan eara : (Halliwell B, Gutteridge JMC, 1999, Halliwel B, Aruoma 01, 1997 & Valko M, et aI, 2006 ) a. Mengkatalisis radikal bebas oleh enzim SOD, katalase dan peroksidase. b. Mengikat pro-oksidan (ion Fe, Cu, dan hem), eontohnya transferin, haptoglobin, hemopeksin dan seruloplasmin. c. Membersihkan ROS oleh antioksidan dari senyawa-senyawa dengan berat molekul kecil seperti glutation tereduksi (GSH), asam askorbat, bilirubin, a-tokoferol dan asam urat. Antioksidan dapat dibedakan menjadi 5 golongan, yaitu : a. Antioksidan enzimatik (SOD, glutation peroksidase, katalase). b. Antioksidan hidrofilik (asam askorbat, GSH, asam urat).

http://www.univpancasila.ac.id Widya Vol 18 No. 01, April 2007

7/31

KESEHATAN c.

d.

e.

Antioksidan lipofilik (tokofer01 , flavonoid, karotenoid, ubikuinol). Antioksidan pereduksi (glutation reduktase, dehidroaskorbat reduktase, tioredoksin reduktase) Antioksidan pendukung pereduksi (glukosa 6-fosfat dehidrogenase)

Efek radikal bebas dapat diatasi dengan sistem antioksidan. Mekanisme ketja antioksidan endogen terhadap radikal bebas dalam tubuh. (gambar 3)

dalam kelompok karotenoid (suatu tetraterpenoid C40), Karoten yang mengandung cincin P ionon merupakan prekursor vitamin A. Dari jenis karotenoid yang jumlahnya lebih dari 400, hanya sekitar 50 - 60 jenis yang memperlihatkan aktivitas sebagai provitamin A. (Jane CJ., et ai, 2002). Struktur bag ian tengah p-karoten berperan sebagai donor e1ektron. Karotenoid yang paling aktif adalah J3karoten, sehingga senyawa terse but sering digunakan untuk mencegah keadaan stres oksidatif. Mekanisme kerja antioksidan J3-karoten terhadap radikal bebas dalam tubuh. (Gambar  4).

Supcrobida e.tismus:ax

Fez.t

jo ,

2D,- ~  211'

D, /

  j

  /

-- -- \ . l , olr

~  J-I:(~

•.. n• ta!a . x

r I  H,O.D,

Fe)+

2GSH Glutation

, O lf

",NAlW ~A'utatiOn

pcroksidase./";::dU l-use "i

GSSG

/

H

9

NADPH

J}-broten

2H,O

G am b ar 3 . Mekanisme kerja antioksidan  enzimatik terhadap radikal bebas  S u m b e r : H a ll iw e ll B , G u tt er id g e J M C , 1 9 99&, Halliwel B , A ru om a 0 1, 1 9 97

1.

Mekanisme

Antioksidan

p-

karoten dan a- tokoferol

B-karoten dan a-tokoferol (vitamin E) adalah senyawa larut lipid dan merupakan antioksidan yang bekerja pad a membran lipid sel. Beberapa penelitian yang telah dilakukan menyatakan, senyawa karotenoid dapat mencegah kanker, aterosklerosis, proses penuaan dan penyakit lain. (Donald Voet & Yudith Voet, 2004). Karoten dibagi dalam karoten a, p dan y yang semuanya termasuk 

G am b ar 4 . Mekanisme p-karoten  terhadap radikal bebas  S u m be r: H a lliw e ll B , G u tte rid ge J M C , 1 99 9&, Valko M , e t a i , 2006

Aktivitas antioksidan karotenoid terdapat pada kemampuannya untuk  memberi elektron dari struktur ikatan rangkapnya. Elektron yang dilepaskan ini akan berkonjugurasi dengan elektron yang belum berpasangan dari radikal bebas. Aktivitas pada a-tokoferol (vitamin E) juga terdapat pada lipid membran sel, karena vitamin E bersifat lamt lipid. Vitamin E berperan sebagai antioksidan dalam pencegahan pembentukan peroksidasi lipid membran sel. Vitamin E dibedakan

http://www.univpancasila.ac.id 7/31 RADIKAL BEBAS, Kristina Simanjuntak

I 29

KESEHATAN atas dua kelompok, yaitu tokoferol dan tokotrienol. Kedua kelompok  mempunyai cincin kroman dan rantai sam ping fitil. Kelompok tokoferol mempunyai rantai samping jenuh, sedangkan tokotrienol mempunyai 3 ikatan rangkap pada posisi 3, 7, dan 11 rantai fitilnya. Tokoferol dan tokotrienol mempunyai empat isomer berbentuk alfa, beta, delta dan gamma. Pemberian nama ini disebabkan oleh adanya perbedaan jumlah dan posisi gugus metil pada cincin kroman. Perbedaan ini ternyata berkaitan dengan aktivitas biologis dan efek antioksidan vitamin E tersebut. u- tokoferol merupakan baris pertama pertahanan terhadap proses peroksidasi asam lemak tak jenuh yang terdapat dalam fosfolipid membran selular dan subselular. Tokofer01 bekeIja sebagai antioksidan pemutus rantai mempunyai kemampuan memindahkan hidrogen fenolik ke radikal peroksil. Aktivitas vitamin E sebagai antioksidan dengan cara memberikan atom H yang terletak  pada gugus OH cincin kroman kepada radikal bebas. Gugus OH cincin kroman berhadapan dengan daerah hidrofil, sedangkan rantai fitil vitamin E akan tertambat di daerah hidrofolo membran. Gerakan untuk membersihkan radikal bebas adalah dengan cara cincin kroman akan bergerak turun naik tegak lurus terhadap membran. Disamping itu, walaupun ujung rantai fitilnya tertambat dalam membran, cincin kroman vitamin ini dapat bergerak dengan mudah ke segala arah, sehingga memudahkan mengikat radikal bebas yang terdapat di 30

I Bina

dekatnya. Mekanisme keIja antioksidan p-karoten terhadap radikal bebas dalam tubuh. (Gambar 5).

Gambar

5. Mekanisme

a-tokoferol

terhadap radikal 

bebas

Sumber : Halliwell B. Gutteridge JMC. 1999.& Naumov. W. Vaslrev RF. 2003

c.

Simpulan

1.

CCL4 yang masuk ke dalam tubuh akan mengalami metabolisme di hati membentuk radikal bebas triklorometil (CCL)). Kerusakan sel hati akibat CCL disebabkan karena pembentukan radikal bebas yang melebihi kemampuan anti oksidan endogen untuk meredam radikal bebas tersebut. Antioksidan berperan untuk  meredam bahaya radikal bebas. Bila sistem antioksidan endogen tidak .mencukupi untuk meredam radikal bebas, maka sangat dibutuhkan antioksidan dari luar seperti vitamin E, vitamin A, vitamin C dan senyawa-senyawa flavonoid yang banyak terdapat dalam sayuran. Hal ini digunakan untuk mencegah timbulnya berbagai macam penyakit. Senyawa toksik CCL bila terpapar dalam tubuh akan membentuk reaksi berantai yang berbahaya. CCL4 setelah masuk dalam hati akan mengalami metabo-

2.

3.

4.

http://www.univpancasila.ac.id Widya Vol 18 No. 01. April 2007

4

4

7/31

KESEHATAN

5.

Iisme membentuk radikal bebas yang mengikat senyawa makromoIekuI dan tubuh dan perusakan sistem antioksidan seperti glutation (GSH) sehingga jumiah antioksidan GSH menjadi menurun. Efek yang ditimbulkan dan CCL4 akan menyebabkan stres oksidatif sel dan selanjutnya akan berdampak timbulnya berbagai macam penyakit. Pencegahan dilakukan dengan memberikan antioksidan untuk  meredam reaksi berantai senyawa toksik CCL4•

DAFTAR PUSTAKA

Donald Voet & Judith Voet, 2004, Biochemistry 3 rd, Wiley John Wiley & Sons, Inc Pendilvania. Halliwell B, Gutteridge JMC, 1999, Free radical in biology and medicine, 3 rd , Oxford. Halliwell B, Aruoma 01, 1997, Free radical and antioxidants. The need    for in vivo marker of oxidative stress. In antioxidants method: In vivo & in vivo concepts, Auoroma 01 Cuppett SL (editor), AOCS Press. Heinonen OP, Albanes D., 1994, The ef  fect of vitamin E and fJ-carotene on the incidence of lung cancer  and other cancer inmale smokers, 1. Med. Edisi 330, p. 10291035.

1289-301. Jane CJ, et aI, 2002, Effect offJ-carotene, vitamin C and E on antioxidant  status in hiperlidemic smokers, J. Nutr. Biochem, edisi 13, p. 427-34. Naumov. VV., Vasll'ev RF, 2003, Antioxidant and prooxidant effect of  tocopherol, J. Biochem Physic, Rusia. Priscilla

Me,

Heather ST, 2000, Antioxidant; What role do they play in physical activity and health, Am.J. elin Nutr. USA, edisi 72, p.637S-46S.

Raymond FB, Kuldeep P., James ML., 1983, Reduced glutathione against rat liver microsomal injury by carbon tetrachloride, 1.Biochem Gastr. Nut., edisi 215, p. 441-45.

Setiati S., 2003, Radikal bebas, antioksidan dan proses menua, Majalah Medika; Jakarta, edisi 6 (19); hal. 366-368. Valko M, et aI, 2006, Free radical, metal and antioxidant in oxidative stress inducced cancer, J.Chem-BioI, Rusia, edisi 160, p. 1-40.

Gene DL, et aI, 1999, Acute carbon tetrachloride feeding induces damage of large, 1.Med, G

http://www.univpancasila.ac.id 7/31 RADIKAL BEBAS, Kristina Simanjuntak

I 31