BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Persoalan kehidupan yang dihadapi masyarakat modern sangat rentan akan

timbulnya penyakit kronis. Kesibukan, polusi, kontaminasi, radiasi (matahari dengan

lapisan ozon tipis), kelelahan, kekenyangan, kesenangan, kelaparan, stres, dan

berbagai penyakit yang ditimbulkannya, akan berakibat tubuh mengeluarkan oksigen

radikal atau radikal bebas yang berlebihan. Radikal bebas bersama super oxide

dismutase (SOD) menimbulkan banyak masalah kesehatan.

Akhir-akhir ini perhatian dunia kedokteran terhadap oksidan juga makin

meningkat. Perhatian ini terutama ditimbulkan oleh kesadaran bahwa oksidan dapat

menimbulkan kerusakan sel, dan menjadi penyebab atau mendasari berbagai keadaan

patologik seperti penyakit kardiovaskuler, penyakit respiratorik, gangguan sistem

tanggap kebal, karsinogenesis, bahkan dicurigai ikut berperan dalam proses penuaan

(aging). Sebagian mekanisme kerusakan oleh oksidan telah diketahui, tetapi sebagian

lagi karena rumitnya proses –proses yang terkait, masih belum sepenuhnya jelas.

Oksidan dapat mengganggu integritas sel karena dapat bereaksi dengan

komponen-komponen sel yang penting untuk mempertahankan kehidupan sel, baik

komponen struktural (misalnya molekul-molekul penyusun membran) maupun

komponen-komponen fungsional (misalnya enzim-enzim dan DNA). Oksidan yang

dapat merusak sel berasal dari berbagai sumber, yaitu :

a. Berasal dari tubuh sendiri, yaitu senyawa-senyawa yang sebenarnya berasal

dari proses-proses biologik normal (fisiologis), namun oleh suatu sebab

terdapat dalam jumlah besar.

b. Berasal dari proses-proses peradangan.

c. Berasal dari luar tubuh, seperti misalnya obat-obatan dan senyawa pencemar

(polutant)

d. Berasal dari efek radiasi

1

Maka dari itu diperlukanlah antioksidan berperan penting dalam tubuh

manusia karena dapat menetralisasi radikal bebas dalam tubuh dengan cara

memberikan satu elektronnya sehingga terbentuk molekul yang stabil dan mengakhiri

reaksi radikal bebas.

1.2 Tujuan

Untuk mengetahui pengaruh radikal bebas, oksidan dan anti oksidan terhadap

pertahanan tubuh manusia.

1.3 Manfaat

Dapat mengetahui pengaruh radikal bebas, oksidan dan anti oksidan terhadap

pertahanan tubuh manusia.

2

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Radikal Bebas

2.1.1. Definisi Radikal Bebas

Radikal bebas adalah sekelompok bahan kimia baik berupa atom maupun

molekul yang memiliki elektron tidak berpasangan pada lapisan luarnya. Merupakan

juga suatu kelompok bahan kimia dengan reaksi jangka pendek yang memiliki satu

atau lebih elektron bebas. (Droge W, 2002)

Pada proses metabolisme normal, tubuh memproduksi partikel kecil dengan

tenaga besar disebut sebagai radikal bebas. Atom atau molekul dengan elektron bebas

ini dapat digunakan untuk menghasilkan tenaga dan beberapa fungsi fisiologis seperti

kemampuan untuk membunuh virus dan bakteri. Namun oleh karena mempunyai

tenaga yang sangat tinggi, zat ini juga dapat merusak jaringan normal apabila

jumlahnya terlalu banyak. Radikal bebas dapat mengganggu produksi DNA, lapisan

lipid pada dinding sel, mempengaruhi pembuluh darah, dan produksi prostaglandin

(Droge W, 2002). Radikal bebas juga dijumpai pada lingkungan, beberapa logam

misalnya besi dan tembaga, asap rokok, polusi udara, obat, bahan beracun, makanan

dalam kemasan, bahan aditif, dan sinar ultraviolet dari matahari maupun radiasi.

2.1.2. Struktur Kimia

Atom terdiri dari nukleus, proton, dan elektron. Jumlah proton (bermuatan

positif) dalam nukleus menentukan jumlah dari elektron (bermuatan negatif) yang

mengelilingi atom tersebut. Elektron berperan dalam reaksi kimia dan merupakan

bahan yang menggabungkan atom-atom untuk membentuk suatu molekul. Elektron

mengelilingi, atau mengorbit suatu atom dalam satu atau lebih lapisan. Jika satu

lapisan penuh, electron akan mengisi lapisan kedua. Lapisan kedua akan penuh jika

telah memiliki 8 elektron, dan seterusnya. Gambaran struktur terpenting sebuah atom

dalam menentukan sifat kimianya adalah jumlah elektron pada lapisan luarnya. Suatu

bahan yang elektron lapisan luarnya penuh tidak akan terjadi reaksi kimia. Karena

3

atom-atom berusaha untuk mencapai keadaan stabilitas maksimum, sebuah atom akan

selalu mencoba untukmelengkapi lapisan luarnya dengan:

a. Menambah atau mengurangi elektron untuk mengisi maupun mengosongkan

lapisan luarnya.

b. Membagi elektron-elektronnya dengan cara bergabung bersama atom yang lain

dalam rangka melegkapi lapisan luarnya.

Atom sering kali melengkapi lapisan luarnya dengan cara membagi elektron-elektron

bersama atom yang lain. Dengan membagi elektron, atom-atom tersebut bergabung

bersama dan mencapai kondisi stabilitas maksimum untuk membentuk molekul. Oleh

karena radikal bebas sangat reaktif, maka mempunyai spesifitas kimia yang rendah

sehingga dapat bereaksi dengan berbagai molekul lain, seperti protein, lemak,

karbohidrat, dan DNA.

Dalam rangka mendapatkan stabilitas kimia, radikal bebas tidak dapat

mempertahankan bentuk asli dalam waktu lama dan segera berikatan dengan bahan

sekitarnya. Radikal bebas akan menyerang molekul stabil yang terdekat dan

mengambil elektron, zat yang terambil elektronnya akan menjadi radikal bebas juga

sehingga akan memulai suatu reaksi berantai, yang akhirnya terjadi kerusakan sel

tersebut.(Droge W, 2002)

Radikal bebas dapat terbentuk in-vivo dan in-vitro secara :

1. Pemecahan satu molekul normal secara homolitik menjadi dua. Proses ini jarang

terjadi pada sistem biologi karena memerlukan tenaga yang tinggi dari sinar

ultraviolet, panas, dan radiasi ion.

2. Kehilangan satu elektron dari molekul normal

3. Penambahan elektron pada molekul normal

Pada radikal bebas elektron yang tidak berpasangan tidak mempengaruhi muatan

elektrik dari molekulnya, dapat bermuatan positif, negatif, atau netral.

4

2.1.3. Tipe Radikal Bebas dalam Tubuh

Radikal bebas terpenting dalam tubuh adalah radikal derivat dari oksigen yang

disebut kelompok oksigen reaktif (reactive oxygen species/ROS), termasuk

didalamnya adalah triplet (3O2), tunggal (singlet/1O2), anion superoksida (O2.-),

radikal hidroksil (-OH), nitritoksida (NO-), peroksinitrit (ONOO-), asam hipoklorus

(HOCl), hidrogen peroksida (H2O2), radikal alkoxyl (LO-), dan radikal peroksil (LO-

2).

Radikal bebas yang mengandung karbon (CCL3-) yang berasal dari oksidasi

radikal molekul organik. Radikal yang mengandung hidrogen hasil dari penyerangan

atom H (H-). Bentuk lain adalah radikal yang mengandung sulfur yang diproduksi

pada oksidasi4glutation menghasilkan radikal thiyl (R-S-). Radikal yang mengandung

nitrogen juga ditemukan, misalnya radikal fenyldiazine.(Araujo V,1998)

O2· Radikal Superoksida (Superoxide radical)/

·OH Radikal hidroksil (Hydroxyl radical)

ROO· Radikal peroksil (Peroxyl radical)

H2O2 Hydrogen peroksida (Hydrogen peroxide)

1O2 Oksigen tunggal (Singlet oxygen)

NO· Nitrit oksida (Nitric oxide)

ONOO Nitrit peroksida (Peroxynitrite)

HOCl Asam hipoklor (Hypochlorous acid)

Tabel 1. Radikal bebas biologis (kelompok oksigen reaktif)

5

2.1.4. Sumber radikal bebas

a. Sumber Endogen

1. Autoksidasi:

Merupakan produk dari proses metabolisme aerobik. Molekul yang mengalami

autoksidasi berasal dari katekolamin, hemoglobin, mioglobin, sitokrom C

yangtereduksi, dan thiol. Autoksidasi dari molekul diatas menghasilkan reduksi dari

oksigen di radikal dan pembentukan kelompok reaktif oksigen. Superoksida

merupakan bentukan awal radikal. Ion ferrous (Fe II) juga dapat kehilangan

elektronnya melalui oksigen untuk membuat superoksida dan Fe III melalui proses

autoksidasi. (Proctor PH,1984)

2. Oksidasi enzimatik

Beberapa jenis sistem enzim mampu menghasilkan radikal bebas dalam jumlah

yang cukup bermakna, meliputi xanthine oxidase (activated in ischemiareperfusion),

prostaglandin synthase, lipoxygenase, aldehyde oxidase, dan aminoacid oxidase.

Enzim myeloperoxidase hasil aktifasi netrofil, memanfaatkan hidrogen peroksida

untuk oksidasi ion klorida menjadi suatu oksidan yang kuatasam hipoklor.(Inoue

M,2001)

3. Respiratory burst

Merupakan terminologi yang digunakan untuk menggambarkan proses dimana

selfagositik menggunakan oksigen dalam jumlah yang besar selama fagositosis.Lebih

kurang 70-90 % penggunaan oksigen tersebut dapat diperhitungkan dalamproduksi

superoksida. Fagositik sel tersebut memiliki sistem membran boundflavoprotein

cytochrome-b-245 NADPH oxidase. Enzim membran sel sepertiNADPH-oxidase

keluar dalam bentuk inaktif. Paparan terhadap bakteri yangdiselimuti imunoglobulin,

kompleks imun, komplemen 5a, atau leukotrien dapatmengaktifkan enzim NADPH-

oxidase. Aktifasi tersebut mengawali respiratory (Abate C,1990) burst pada

membran sel untuk memproduksi superoksida. Kemudian H2O2 dibentuk dari

6

superoksida dengan cara dismutasi bersama generasi berikutnya dari OH dan HOCl

oleh bakteri.(Albina JE,1998)

b. Sumber Eksogen

1. Obat-obatan

Beberapa macam obat dapat meningkatkan produksi radikal bebas dalam

bentuk peningkatan tekanan oksigen. Bahan-bahan tersebut bereaksi bersama

hiperoksia dapat mempercepat tingkat kerusakan. Termasuk didalamnya antibiotika

kelompok quinoid atau berikatan logam untuk aktifitasnya (nitrofurantoin), obat

kanker seperti bleomycin, anthracyclines (adriamycin), dan methotrexate, yang

memiliki aktifitas pro-oksidan. Selain itu, radikal juga berasal dari fenilbutason,

beberapa asam fenamat dan komponen aminosalisilat dari sulfasalasin dapat

menginaktifasi protease, dan penggunaan asam askorbat dalam jumlah banyak

mempercepat peroksidasi lemak.(Inoue M,2001)

2. Radiasi

Radioterapi memungkinkan terjadinya kerusakan jaringan yang disebabkan

oleh radikal bebas. Radiasi elektromagnetik (sinar X, sinar gamma) dan radiasi

partikel (partikel elektron, photon, neutron, alfa, dan beta) menghasilkan radikal

primer dengan cara memindahkan energinya pada komponen seluler seperti air.

Radikal primer tersebut dapat mengalami reaksi sekunder bersama oksigen yang

teruraiatau bersama cairan seluler. (Droge W, 2002)

3. Asap rokok

Oksidan dalam rokok mempunyai jumlah yang cukup untuk memainkan

peranan yang besar terjadinya kerusakan saluran napas. Telah diketahui bahwa

oksidan asap tembakau menghabiskan antioksidan intraseluler dalam sel paru (in

vivo) melalui mekanisme yang dikaitkan terhadap tekanan oksidan.

Diperkirakanbahwa tiap hisapan rokok mempunyai bahan oksidan dalam jumlah yang

sangatbesar, meliputi aldehida, epoxida, peroxida, dan radikal bebas lain yang

7

mungkin cukup berumur panjang dan bertahan hingga menyebabkan kerusakan

alveoli.

Bahan lain seperti nitrit oksida, radikal peroksil, dan radikal yang

mengandungkarbon ada dalam fase gas. Juga mengandung radikal lain yang relatif

stabildalam fase tar. Contoh radikal dalam fase tar meliputi semiquinone moieties

dihasilkan dari bermacam-macam quinone dan hydroquinone. Perdarahan kecil

berulang merupakan penyebab yang sangat mungkin dari desposisi besi dalam

jaringan paru perokok. Besi dalam bentuk tersebut meyebabkan pembentukan radikal

hidroksil yang mematikan dari hidrogen peroksida juga ditemukan bahwa perokok

mengalami peningkatan netrofil dalam saluran napas bawah yang mempunyai

kontribusi pada peningkatan lebih lanjut konsentrasi radikal bebas. (Droge W, 2002)

2.1.5. Pembentukan Radikal Bebas dalam Sel

Radikal bebas diproduksi dalam sel yang secara umum melalui reaksi

pemindahan elektron, menggunakan mediator enzimatik atau non-enzimatik.

Produksi radikal bebas dalam sel dapat terjadi secara rutin maupun sebagai reaksi

terhadap rangsangan. Secara rutin adalah superoksida yang dihasilkan melalui aktifasi

fagosit dan reaksi katalis seperti ribonukleotida reduktase. Sedang pembentukan

melalui rangsangan adalah kebocoran superoksida, hidrogen peroksida dan kelompok

oksigen reaktif (ROS) lainnya pada saat bertemunya bakteri dengan fagosit

teraktifasi. Pada keadaan normal sumber utama radikal bebas adalah kebocoran

elektron yang terjadi dari rantai transport elektron, misalnya yang ada dalam

mitokondria dan endoplasma retikulum dan molekul oksigen yang menghasilkan

superoksida. Dalam kondisi yang tidak lazim seperti radiasi ion, sinar ultraviolet, dan

paparan energy tinggi lainnya, dihasilkan radikal bebas yang sangat berlebihan.

(Droge W, 2002)

8

Gambar 1. Sistem oksigen aktif

2.1.6. Reaksi Perusakan oleh Radikal Bebas

Definisi tekanan oksidatif (oxidative stress) adalah suatu keadaan dimana

tingkat oksigen reaktif intermediate (ROI) yang toksik melebihi pertahanan anti-

oksidan endogen. Keadaan ini mengakibatkan kelebihan radikal bebas, yang akan

bereaksi dengan lemak, protein, asam nukleat seluler, sehingga terjadi kerusakan

lokal dan disfungsi organ tertentu. Lemak merupakan biomolekul yang rentan

terhadap serangan radikal bebas.

a. Peroksidasi lemak

Membran sel kaya akan sumber poly unsaturated fatty acid (PUFA), yang

mudah dirusak oleh bahan-bahan pengoksidasi; proses tersebut dinamakan

peroksidasi lemak. Hal ini sangat merusak karena merupakan suatu proses

berkelanjutan. Pemecahan hidroperoksida lemak sering melibatkan katalisis ion

logam transisi.(Proctor PH,1984)

b. Kerusakan protein

9

Protein dan asam nukleat lebih tahan terhadap radikal bebas daripada PUFA,

sehingga kecil kemungkinan dalam terjadinya reaksi berantai yang cepat.Serangan

radikal bebas terhadap protein sangat jarang kecuali bila sangatekstensif. Hal ini

terjadi hanya jika radikal tersebut mampu berakumulasi (jarang pada sel normal), atau

bila kerusakannya terfokus pada daerah tertentu dalam protein. Salah satu penyebab

kerusakan terfokus adalah jika protein berikatandengan ion logam transisi.(Proctor

PH,1984)

c. Kerusakan DNA

Seperti pada protein kecil kemungkinan terjadinya kerusakan di DNA menjadi

suatu reaksi berantai, biasanya kerusakan terjadi bila ada lesi pada susunan molekul,

apabila tidak dapat diatasi, dan terjadi sebelum replikasi maka akan terjadi mutasi.

Radikal oksigen dapat menyerang DNA jika terbentuk disekitar DNA seperti pada

radiasi biologis. (Allen RG,2000)

2.1.7. Pertahanan sel terhadap radikal bebas

Sifat reaktif yang tersebar dari sistem pembentukan radikal dalam sel

menyebabkan evolusi mekanisme pertahanan terhadap efek perusakan suatu bahan

teroksidasi kuat. Gambar dibawah ini menunjukkan aktifitas enzim intraseluler

tersebut. SOD (superoksida dismutase dan katalase) mengkatalisasi dismutasi dari

superoksida danhidrogen peroksida. GSH (glutation) peroksidase mereduksi

peroksida hidrogen danorganik menjadi air dan alkohol. GSH S-transferase

melakukan pemindahan residu glutation menjadi metabolit elektrofilik reaktif dari

xenobiotic.

Produksi glutation teroksidasi (GSSG) direduksi secara cepat oleh reaksi yang

menggunakan NADPH yang dihasilkan dari berbagai sistem intraseluler, diantaranya

hexose-monophosphate shunt. Berbagai isoenzim organel spesifik dari dismutase

superoksida juga ditemukan. SOD Zn, Cu merupakan sitoplasmik, sedangkan enzim

Zn,Mn mitokondrial. Isoenzim ini tidak ditemukan dalam cairan ekstraseluler.

10

Gambar 2. Enzim-enzim pertahanan antioksidan

Beberapa bahan tereduksi (tabel 2) juga bekerja sebagai antioksidan, reduksi

kelompok radikal aktif seperti radikal peroksi dan hidroksi menjadi bentuk yang kurang

reaktif misalnya air. Seperti halnya pembangkitan kembali oksigen singlet.

Penggabungan tersebut juga mengakhiri reaksi radikal berantai. Pertahanan

antioksidan kimiawi bagai pedang bermata dua. Pertama, saat bahan tereduksi

menjadi radikal maka derivat radikalnya juga terbentuk. Sehingga, jika suatu radikal

sangat tidak stabil, reaksi radikal berantai mungkin akan berlanjut. Kedua, bahan

tereduksi dapat mereduksi oksigen menjadi superoksida atau peroksida merupakan

radikal hidroksil dalam reaksi auto-oksidasi. Ascorbat dan asam urat dapat berfungsi

sebagai anti oksidan, ikut serta secara langsung dalam auto-oksidasi, baik melalui

reduksi aktifator oksigen lain seperti rangkaian logam transisi atau quinone, atau

bertindak sebagai kofaktor enzim.

Proses tersebut dapat melibatkan kemampuan askorbat untuk depolimerisasi

DNA, 1 hambatan Na+/K+ ATPase otak, potensiasi toksisitas paraquat, dan sebagai

mediatorperoksidasi lemak juga mempunyais kontribusi kelainan patofisiologi dari

metabolisme purin. Sifat yang sesungguhnya campuran pro atau antioksidan untuk

bahan pereduksi khusus adalah integrasi kompleks dari beberapa faktor. Pada kasus

zat pembersih radikal hidroksil, produk dari interaksi radikal dengan antioksidan

umumnya kurang reaktif dibanding radikal hidroksil. Radikal yang terbentuk tersebut

11

cukup stabil dan dalam konsentrasi cukup tinggi namun dapat terjadi mekanisme

seperti pada glutation dan superoksida. pH sangat mempengaruhi reduksi langsung

oksigen menjadi superoksida oleh senyawa sulfidril, sedangkan faktor lokal lainnya

seperti konsentrasi molar dari molekul oksigen juga punya peranan penting. Oksigen

singlet dan bagian triplet molekul yang tereksitasi mungkin disempurnakan melalui

interaksi bersama sistem konjugasi sistem diene seperti yang ditemukan pada karoten,

tokoferol, atau melanin. Seperti antioksidan pereduksi, senyawa tersebut dapat juga

menghasilkan jenis elektron aktif dan mungkin juga penyakit. (Inoue M,2001)

Tabel 2. Antioksidan dan enzim pembersih (scavenging)

12

2.2 OKSIDAN

2.2.1 Definisi

A. SIFAT FISIK DAN KIMIA

Oksidan, dalam pengertian ilmu kimia, adalah senyawa penerima elektron,

(electron acceptor), yaitu senyawa-senyawa yang dapat menarik elektron. Ion ferri

(Fe+++), misalnya, adalah suatu oksidan :

Fe+++ + e- ®¾ Fe++

Oksidan (O3) merupakan senyawa di udara selain oksigen yang memiliki sifat

sebagai pengoksidasi. Oksidan adalah komponen atmosfir yang diproduksi oleh

proses fotokimia, yaitu suatu proses kimia yang membutuhkan sinar matahari

mengoksidasi komponen-komponen yang tak segera dioksidasi oleh oksigen.

Senyawa yang terbentuk merupakan bahan pencemar sekunder yang diproduksi

karena interaksi antara bahan pencemar primer dengan sinar. Hidrokarbon merupakan

komponen yang berperan dalam produksi oksidan fotokimia. Reaksi ini juga

melibatkan siklus fotolitik NO2. Polutan sekunder yang dihasilkan dari reaksi

hidrokarbon dalam siklus ini adalah ozon dan peroksiasetilnitrat. Ozon merupakan

salah satu zat pengoksidasi yang sangat kuat setelah fluor, oksigen dan oksigen

fluorida (OF2). Meskipun di alam terdapat dalam jumlah kecil tetapi lapisan lain

dengan bahan pencemar udara Ozon sangat berguna untuk melindungi bumi dari

radiasi ultraviolet (UV-B). Ozon terbentuk diudara pada ketinggian 30 km dimana

radiasi UV matahari dengan panjang gelombang 242 nm secara perlahan memecah

molekul oksigen (O2) menjadi atom oksigen tergantung dari jumlah molekul O2

atom-atom oksigen secara cepat membentuk ozon. Ozon menyerap radiasi sinar

matahari dengan kuat didaerah panjang gelombang 240-320 nm. Absorpsi radiasi

elektromagnetik oleh ozon didaerah ultraviolet dan inframerah digunakan dalam

metode-metode analitik.

13

2.2.2 Oksidan Lain

Hidrogen peroksida telah diidentifikasi sebagai oksidan fotokimia yang

potensial. Akan tetapi hidrogen peroksida ini merupakan senyawa yang sangat sulit

dideteksi secara spesifik di udara. Oleh arena itu tidak mungkin memperkirakan

dengan pasti bahwa hidrogen peroksida sebagai pencemar fotokimia udara.

2.3.3 Mekanisme Kerja Pembentukan Senyawa Oksigen Reaktif

Senyawa oksigen reaktif yang berperan sebagai oksidan adalah : hidrogen

peroksida, (H2O2), ion superoksida (O2·-), radikal peroksil ( ·OOH), radikal hidroksil

(·OH) dan singlet oksigen.

Hidrogen peroksida terutama terbentuk karena aktifitas enzim-enzim oksidase

yang terdapat dalam retikulum endoplasmik (mikrosom) dan peroksisom. Enzim-

enzim tersebut mengkatalisis reaksi :

RH2 + O2 ® R + H2O2

H2O2 merupakan merupakan oksidan yang kuat dan dapat mengoksidasi berbagai

senyawa yang terdapat di dalam sel, misalnya :glutation :

2 GSH + H2O2 ® GSSG + 2H2O

Daya rusak H2O2 bukan hanya karena senyawa tersebut merupakan oksidan yang

kuat, tetapi juga karena H2O2 dapat menghasilkan radikal hidroksil bila H2O2 bereaksi

dengan logam transisi (transitional metals ), Fe++ dan Cu+

Fe++ (Cu+) + H2O2 ® Fe+++ (Cu++) + OH- + ·OH

(reaksi Fenton)

H2O2 juga dapat menghasilkan oksidan kuat yang lain, yaitu ion hipoklorit (ClO-)

melalui reaksi yang dikatalisis oleh enzim mieloperoksidase yang terdapat dalam sel-

sel radang. Seperti granulosit, monosit dan makrofag :

H2O2 + Cl- ® H2O + ClO-

14

Ion hipoklorit dapat mengoksidasi berbagai senyawa :

R + ClO - ® RO + Cl -

Ion Superoksida

Terbentuk melalui beberapa cara, antara lain :

1. Sebagai reaksi sampingan yang melibatkan Fe++ seperti misalnya :

· Proses fosforilasi

· Proses oksigenasi Hemoglobin

· Proses hidroksilasi oleh enzim mono oksigenase (sitokrom P450 dan sitokrom

b4)

· Ion Fe bebas

Reaksi tersebut dapat ditulis sebagai berikut :

Fe++ + O2 ® Fe+++ + O·-2-

2. Reaksi yang dikatalisis oleh NADH/NADPH oksidase yang terdapat dalam

mitokondria dan granulosit :

NADH(NADPH) + O2 ® NAD+(NADP+) + H+ + O·2-

3. Reaksi yang dikatalisis oleh enzim xantin oksidase, mirip dengan reaksi nomor

2 :

XH + H2O + 2 O2 ® X-OH + 2 O2·- + 2 H+

Xantin asam urat

Enzim xantin oksidase (XO) dalam keadaan normal tak terdapat dalam sel

mamalia.Enzim ini terbentuk dari enzim lain yaitu xantin dehidrogenase (XD) yang

mengkatalisis reaksi sebagai berikut :

XH + NAD+ + H2O ® X-OH + NADH + H+ :

Xantin asam urat

15

Dalam keadaan iskemia atau hipoksemia, XD berubah menjadi XO melalui proses

proteolisis :

XD ® XO + peptida

Perubahan ini tak reversibel. Sebagai akibatnya, apabila kemudian pasokan oksigen

kembali normal, terbentuklah ion superoksida yang justru dapat merusak jaringan

( jejas reperfusi, reperfusion injury)3

Ion superoksida sendiri sebenarnya tak terlalu reaktif. Bentuk reaktifnya ialah radikal

peroksida yang terbentuk melalui reaksi sebagai berikut :

O2·- + H- ® ·OOH

Radikal peroksil

Seperti halnya radikal lain, radikal inipun sangat reaktif dan akan membentuk radikal

baru serta H2O2 :

XH + ·OOH ® ·X + H2O2

Dari reaksi diatas kiranya jelas bahwa radikal peroksil jauh lebih berbahaya

dibandingkan dengan H2O2 .

Ion superoksida akan sangat berbahaya apabila terdapat bersamaan dengan H2O2

karena akan membentuk radikal hidroksil (·OH) :

O2·- + H2O2 ® O2 + OH- + ·OH

(Reaksi Haber – Weiss)

Reaksi ini memerlukan ion Fe+++ atau Cu++ dan diperkirakan terjadi melalui dua

tahap, yaitu :

Fe+++ / Cu++ + O2·- ® Fe++ / Cu+ + O2

16

Fe++ / Cu+ + H2O2 ® Fe+++ / Cu++ + OH- + ·OH

Diantara senyawa-senyawa oksigen reaktif, radikal hidroksil adalah yang paling

reaktif, oleh karena itu paling berbahaya.. Namun radikal hidroksil bukan merupakan

produk primer proses biologik, tetapi berasal dari H2O2 dan O2·-

2.2.4 Dampak Negatif Terhadap Tubuh Manusia

a. Dampak Terhadap Kesehatan

Oksidan fotokimia masuk kedalam tubuh dan pada kadar subletal dapat

mengganggu proses pernafasan normal, selain itu oksidan fotokimia juga dapat

menyebabkan iritasi mata. Beberapa gejala yang dapat diamati pada manusia yang

diberi perlakuan kontak dengan ozon, sampai dengan kadar 0,2 ppm tidak ditemukan

pengaruh apapun, pada kadar 0,3 ppm mulai terjadi iritasi pada hidung dan

tenggorokan. Kontak dengan Ozon pada kadar 1,0–3,0 ppm selama 2 jam pada orang

orang yang sensitif dapat mengakibatkan pusing berat dan kehilangan koordinasi.

Pada kebanyakan orang, kontak dengan ozon dengan kadar 9,0 ppm selama beberapa

waktu akan mengakibatkan edema pulmonari. Pada kadar di udara ambien yang

normal, peroksiasetilnitrat (PAN) dan Peroksiabenzoilnitrat (PbzN) mungkin

menyebabkan iritasi mata tetapi tidak berbahaya bagi kesehatan. Peroksibenzoilnitrat

(PbzN) lebih cepat menyebabkan iritasi mata.

Oksidan dapat mengganggu integritas sel karena dapat bereaksi dengan

komponen-komponen sel yang penting untuk mempertahankan kehidupan sel, baik

komponen struktural (misalnya molekul-molekul penyusun membran) maupun

komponen-komponen fungsional (misalnya enzim-enzim dan DNA). Oksidan yang

dapat merusak sel berasal dari berbagai sumber, yaitu :

a. yang berasal dari tubuh sendiri, yaitu senyawa-senyawa yang sebenarnya

berasal dari proses-proses biologik normal (fisiologis), namun oleh suatu

sebab terdapat dalam jumlah besar

17

b. yang berasal dari proses-proses peradangan.

c. yang berasal dari luar tubuh, seperti misalnya obat-obatan dan senyawa

pencemar (polutant)

d. yang berasal dari akibat radiasi

b. Dampak Negatif Senyawa-senyawa Oksigen Reaktif

Senyawa-senyawa oksigen reaktif semuanya merupakan oksidan yang kuat,

walaupun derajad kekuatannya berbeda-beda. Dampak negatif tersebut timbul karena

reaktifitasnya sehingga dapat merusak komponen-komponen sel yang penting untuk

mempertahankan integritas dan kehidupan sel.

Sebagaimana telah dijelaskan pada bab pendahuluan, aktifitas oksidan dapat menjadi

penyebab atau mendasari berbagai keadaan patologis. Dampak aktifitas oksidan dapat

sangat luas, dan sering mekanisma molekulernya masih belum terkuak secara jelas.

Diantara senyawa-senyawa oksigen reaktif, radikal hidroksil merupakan

senyawa yang paling berbahaya karena reaktifitasnya sangat tinggi. Oleh karena itu,

sebagai contoh akan kita bahas dampak negatif radikal hidroksil.

Radikal hidroksil dapat merusak tiga jenis senyawa yang penting untuk

mempertahankan integritas sel, yaitu :

1. Asam lemak, khususnya asam lemak tak jenuhyang merupakan komponen

penting fosfolipid penyusun membran sel.

2. DNA, yang merupakan perangkat genetik sel.

3. Protein yang memegang berbagai peran penting seperti enzim, reseptor, antibodi

dan pembentuk matriks serta sitoskeleton.

18

c. Dampak Negatif Terhadap Membran Sel

Komponen terpenting membran sel adalah fosfolipid, glikolipid dan kolesterol. Dua

komponen pertama mengandung asam lemak tak jenuh. Justru asam lemak tak jenuh

ini (asam-asam linoleat, linolenat dan arakidonat) sangat rawan terhadap serangan-

serangan radikal, terutama radikal hidroksil. Radikal hidroksil dapat menimbulkan

reaksi rantai yang dikenal dengan nama peroksidasi lipid

LH + ·OH ® ·L + H2O

Asam lemak. Radikal lipid

·L + O2 ® LOO·

Radikal peroksilipid

LOO· + RH ® ·L + LOOH

dan seterusnya.

Akibat akhir dari rantai reaksi ini adalah terputusnya rantai asam lemak menjadi

berbagai senyawa yang bersifat toksis terhadap sel, antara lain berbagai macam

aldehida, seperti malondialdehida, 9-hidroksi-nonenal serta bermacam-macam

hidrokarbon seperti etana (C2H6) dan pentana (C5H12).

Dapat pula terjadi ikatan silang (cross-linking) antara dua rantai asam lemak atau

antara asam lemak dan rantai peptida (protein) yang timbul karena reaksi dua radikal :

R1· + R2 · ® R1-R2

Semuanya itu menyebabkan kerusakan kerusakan parah membran sel sehingga

membahayakan kehidupan sel

19

d. Dampak Negatif Terhadap DNA

Radikal bebas dapat menimbulkan berbagai perubahan pada DNA yang

antara lain .berupa : hidroksilasi basa timin dan sitosin, pembukaan inti purin dan

pirimidin serta terputusnya rantai fosfodiester DNA

Bila kerusakan tak terlalu parah, maka masih bisa diperbaiki oleh sistem perbaikan

DNA (DNA repair system ). Namun apabila kerusakan terlalu parah, misalnya rantai

DNA terputus-putus diberbagai tempat, maka kerusakan tersebut tak dapat diperbaiki

dan replikasi sel akan terganggu.. Susahnya, perbaikan DNA ini sering justru

menimbulkan mutasi, karena dalam memperbaiki DNA tersebut sistem perbaikan

DNA cenderung membuat kesalahan (error prone ), dan apabila mutasi ini mengenai

gen-gen tertentu yang disebut onkogen, maka mutasi tersebut dapat menimbulkan

kanker.

e. Dampak Negatif Terhadap Protein

Oksidan dapat merusak protein karena dapat mengadakan reaksi dengan asam-asam

amino yang menyusun protein tersebut. Diantara asm-asam amino penyusun protein

yang paling rawan adalah sistein. Sistein mengandung gugusan sulfidril (SH) dan

justru gugusan inilah yang paling peka terhadap serangan radikal bebas seperti radikal

hidroksil :

RSH + ·OH ® RS· + H2O

RS· + RS· ® R-S-S-R

Pembentukan ikatan disulfida (-S-S-) menimbulkan ikatan intra atau antar molekul

protein tersebut kehilangan fungsi biologisnya (misalnya enzim kehilangan

aktivitasnya).

2.3.5 Dampak Positif Terhadap Tubuh Manusia

20

Oksidan menimbulkan banyak kerugian, tetapi justru dampak negatif ini

dimanfaatkan oleh tubuh untuk melawan serbuan organisma patogen.

Untuk menghadapi “serangan dari luar ini”, alam (atau Sang Pencipta) telah

menyediakan sel-sel khusus yang disebut sel-sel radang (inflamatory cells ) seperti

granulosit, monosit dan makrofag, yang dapat menghasilkan oksidan seperti H2O2,

O2·-, ·OH, ClO- dan ·O2

Reaksi-reaksi yang menghasilkan senyawa-senyawa tersebut telah dibicarakan dalam

bab0bab sebelumnya.. Namun harap diingat bahwa oksidan-oksidan tersebut selain

dapat menghancurkan mikroorganisma dapat pula merusak sel-sel jaringan tubuh

sehingga sehingga apabila terjadi keradangan hebat yang melibatkan banyak sel

radang, kerusakan jaringan tak dapat dihindarkan.

2.3. Antioksidan

2.3.1. Definisi

Antioksidan adalah zat yang dapat melawan pengaruh bahaya dari radikal

bebas yang terbentuk sebagai hasil metabolisme oksidatif, yaitu hasil dari reaksireaksi

kimia dan proses metabolik yang terjadi di dalam tubuh. Berbagai bukti ilmiah

menunjukkan bahwa senyawa antioksidan mengurangi risiko terhadap penyakit

kronis, seperti kanker dan penyakit jantung koroner (Rahmatussolihat, 2009)

Antioksidan adalah substansi yang diperlukan tubuh untuk menetralisir

radikal bebas dan mencegah kerusakan yang ditimbulkan oleh radikal bebas terhadap

sel normal, protein, dan lemak. Antioksidan menstabilkan radikal bebas dengan

melengkapi kekurangan elektron yang dimiliki radikal bebas dan menghambat

terjadinya reaksi berantai dari pembentukan radikal bebas yang dapat menimbulkan

stress oksidatif.(siti N,2009)

Antioksidan adalah semua zat yang apabila berada dalam kepekatan yang

lebih rendah dibandingkan dengan suatu substrat yang telah dioksidasi, secara

signifikan akan menunda atau menghalangi pengoksidaan substrat tersebut.6

21

Antioksidan merupakan salah satu senyawa yang dapat menghalangi proses oksidasi

pada molekul yang berasal dari dalam tubuh ataupun dari asupan makanan.

(Dlamini,2007

2.3.2. Penggolongan Antioksidan

Antioksidan dapat digolongkan menjadi antioksidan enzim dan vitamin.

Antioksidan enzim meliputi superoksida dismutase (SOD), katalase dan glutation

peroksidase (GSH.Prx). Antioksidan vitamin lebih populer sebagai antioksidan

dibandingkan enzim. Antioksidan vitamin mencakup alfa tokoferol (vitamin E), beta

karoten (pro vitamin A) dan asam askorbat (vitamin C). (Rahmatussolihat, 2009)

Superoksida dismutase berperan dalam melawan radikal bebas pada

mitokondria, sitoplasma dan bakteri aerob dengan mengurangi bentuk radikal bebas

superoksida. SOD murni berupa peptida orgoteina yang disebut agen anti peradangan.

Kerja SOD akan semakin aktif dengan adanya poliferon yang diperoleh dari

konsumsi teh. Enzim yang mengubah hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen

adalah katalase. Fungsinya menetralkan hidrogen peroksida beracun dan mencegah

formasi gelembung CO2 dalam darah. (Rahmatussolihat, 2009)

Antioksidan glutation peroksidase bekerja dengan cara menggerakkan H2 O2

dan lipid peroksida dibantu dengan ion logam-logam transisi. GSH.Prx mengandung

Selenium (Se). Sumber Se ada pada ikan, telur, ayam, bawang putih, biji gandum,

jagung, padi, dan sayuran yang tumbuh di tanah yang kaya akan Se. Namun, dosis Se

yang terlalu tinggi juga dapat bersifat racun. (Rahmatussolihat, 2009)

Klasifikan antioksidan berdasarkan peranan, cara kerja, kelarutan dan lokasi

ditunjukkan di dalam tabel 1.

ANTIOKSIDAN CARA KERJA KELARUTAN LOKASI

22

Asam askorbat

(Vitamin C)

Memutuskan ikatan

ROS

Mencegah(berikatan

dengan ion logam)

Memproduksi

Vitamin E

Larut dalam air Plasma,Gingival

crevicular

fluid(GSF),

Cerebrosal fluid

(GSF)

Alfa tokoferol

(VitaminE)

Memutuskan

ikatan ROS

Larut dalam

lemak

Plasma,GCF,saliva

Carotenoids

(vitamin A)

Memutuskan ikatan

ROS

Larut dalam

lemak

Plasma

Albumin Memutuskan ikatan

ROS

Berikatan dengan

bilirubin

Mencegah(berikatan

dengan ion logam)

Larut dalam air Plasma,GCF,saliva

Bilirubin Memutuskan ikatan

ROS

Melindungi albumin

Larut dalam

lemak

Plasma

Caeruloplasmin Mencegah(berikatan

dengan ion logam)

Larut dalam

air

Plasma,GCF,saliva

Haptoglobin Mencegah(berikatan

dengan ion logam)

Larut dalam air Plasma,GCF

Transferin Mencegah

(berikatan

dengan ion Fe2+)

Larut dalam

air

Plasma,GCF,saliva

Uric acid Memutuskan ikatan

ROS

Larut dalam air Plasma,GCF,saliva

Reduce glutathione Memutuskan ikatan Larut dalam air Plasma,GCF,saliva,

23

ROS,

Substrat untuk

enzim

GSH-Px

lapisan aleolar pada

paru

2.3.3. Fungsi Antioksidan

Antioksidan berperan penting dalam tubuh manusia karena dapat

menetralisasi radikal bebas dalam tubuh dengan cara memberikan satu elektronnya

sehingga terbentuk molekul yang stabil dan mengakhiri reaksi radikal bebas.

Antioksidan tidak hanya penting untuk menghalangi terjadinya tekanan oksidatif dan

kerusakan jaringan, tetapi juga penting dalam mencegah peningkatan produksi

proinflamatori sitokin, yang merupakan hasil pengaktifan dari respon pertahanan

tubuh yang terjadi terus menerus. Beberapa kegunaan antioksidan adalah seperti

berikut: (Dlamini,2007)

(1) Memutuskan rantai radikal bebas seperti yang dilakukan oleh vitamin E (alfa

tokoferol), vitamin C (asam askorbat), vitamin A (beta karoten), uric acid dan

bilirubin

(2) Mencegah reaksi Fenton yang dilakukan oleh protein alami misalnya albumin,

transferrin, laktoferrin, caeruloplasmin, haptoglobin dan asam askorbat

(3) Melalui enzim yang bersifat antioksidan yaitu enzim yang berfungsi dengan

mengkatalis proses oksidasi molekul yang dilakukan oleh catalase dan glutathione

peroxidase

(4) Mencegah terbentuknya radikal bebas

(5) Mengubah radikal bebas yang sangat reaktif menjadi kurang reaktif

(6) Memperbaiki jaringan atau sel yang telah dirusak oleh radikal bebas dan

24

(7) Menyediakan lingkungan yang baik sehingga mendorong antioksidan bekerja

dengan optimal.

2.3.4. Mekanisme Kerja

Antioksidan memiliki dua fungsi. Fungsi pertama merupakan fungsi utama yaitu

sebagai pemberi atom hidrogen. Antioksidan (AH) yang mempunyai fungsi utama

tersebut sering disebut sebagai antioksidan primer. Senyawa ini dapat memberikan

atom hidrogen secara cepat ke radikal lipid (R•, ROO•) atau mengubahnya ke bentuk

lebih stabil, sementara turunan radikal antioksidan (A•) tersebut memiliki keadaan

lebih stabil dibanding radikal lipid.(siti,2009)

Fungsi kedua merupakan fungsi sekunder antioksidan, yaitu memperlambat laju

autooksidasi dengan berbagai mekanisme di luar mekanisme pemutusan rantai

autooksidasi dengan pengubahan radikal lipid ke bentuk lebih stabil.23 Penambahan

antioksidan (AH) primer dengan konsentrasi rendah pada lipid dapat menghambat

atau mencegah reaksi autooksidasi lemak dan minyak. Penambahan tersebut dapat

menghalangi reaksi oksidasi pada tahap inisiasi maupun propagasi. Radikal-radikal

antioksidan (A•) yang terbentuk pada reaksi tersebut relatif stabil dan tidak

mempunyai cukup energi untuk dapat bereaksi dengan molekul lipid lain membentuk

radikal lipid baru.(siti,2009)

Inisiasi :

R• + AH RH + A•

(Radikal lipid) (antioksidan primer) (radikal antioksidan)

Propagasi :

ROO• + AH ROOH + A•

Reaksi Penghambatan antioksidan primer terhadap radikal lipid23 Besar konsentrasi

antioksidan yang ditambahkan dapat berpengaruh pada laju oksidasi. Pada

konsentrasi tinggi, aktivitas antioksidan grup fenolik sering lenyap bahkan

25

antioksidan tersebut menjadi prooksidan. Pengaruh jumlah konsentrasi pada laju

oksidasi tergantung pada struktur antioksidan, kondisi dan sampel yang akan diuji.

(siti,2009)

AH + O2 A• + HOO•

AH + ROOH RO• + H2O + A•

Antioksidan bertindak sebagai prooksidan pada konsentrasi tinggi(siti,2009)

2.3.5. Antioksidan sebagai Pertahanan terhadap Radikal Bebas

Radikal bebas di dalam tubuh hampir mustahil untuk dihindari karena

banyaknya pengaruh proses oksidasi yang terjadi dalam tubuh.Untuk menanggulangi

radikal bebas tersebut tubuh memiliki sistem pertahanan melalui antioksidan

enzimatik seperti katalase, glutation peroksidase, superoksidase dismutase (SOD),

dan glukosa-6-phosphate-dehidrogenase (G6PD). Tetapi, pengaruh lingkungan dan

kebiasaan buruk seperti radiasi ultraviolet, polusi, kebiasaan mengkonsumsi “junk

food” dan alkohol serta merokok dapat membuat sistem pertahanan tubuh kewalahan

menghadapi radikal bebas yang berjumlah besar. Oleh karena itu tubuh kita

memerlukan zat antioksidan tambahan. Vitamin C, vitamin E, co-enzim Q10,

flavonoid dan asam alfa lipolat merupakan antioksidan tambahan yang bisa kita dapat

dari luar tubuh yang juga merupakan antioksidan non-enzimatik. Antioksidan dalam

jumlah banyak dapat diperoleh dari konsumsi sayuran, buah-buahan, kacang-

kacangan, biji-bijian, rempah-rempah dan teh atau teh hijau.

Antioksidan merupakan senyawa pemberi elektron atau reduktan. Senyawa ini

memiliki berat molekul kecil tetapi mampu menginaktivasi reaksi oksidasi dengan

cara mencegah terbentuknya radikal. Antioksidan juga dapat mengikat radikal bebas

dan molekul yang sangat reaktif sehingga kerusakan sel terhambat. Antioksidan

memiliki dua fungsi. Fungsi pertama adalah sebagai pemberi atom hidrogen.

Antioksidan yang mempunyai fungsi utama tersebut sering disebut antioksidan

primer. Senyawa ini dapat memberikan atom hidrogen secara cepat ke radikal lipida

26

(R*, ROO*) atau mengubahnya ke bentuk lebih stabil, sementara turunan radikal

antioksidan (A*) tersebut memiliki keadaan lebih stabil dibanding radikal lipida

.

Fungsi kedua adalah antioksidan sekunder yang berfungsi memperlambat laju

autooksidasi dengan berbagai mekanisme diluar mekanisme pemutusan rantai

autooksidasi, dengan mengubah radikal lipida ke bentuk lebih stabil.

BAB 3

KESIMPULAN

27

Radikal bebas adalah sekelompok bahan kimia berupa atom maupun molekul yang

memiliki elektron tidak berpasangan pada lapisan luarnya dan bahan kimia dengan

reaksi jangka pendek yang memiliki satu atau lebih elektron bebas. Radikal bebas

dapat mengganggu produksi DNA, lapisan lipid pada dinding sel, mempengaruhi

pembuluh darah, dan produksi prostaglandin (Droge W, 2002). Radikal bebas akan

menyerang molekul stabil yang terdekat dan mengambil elektron, zat yang terambil

elektronnya akan menjadi radikal bebas juga sehingga akan memulai suatu reaksi

berantai, yang akhirnya terjadi kerusakan sel tersebut.

Oksidan merupakan senyawa di udara selain oksigen yang memiliki sifat sebagai

pengoksidasi. Oksidan adalah komponen atmosfir yang diproduksi oleh proses

fotokimia, yaitu suatu proses kimia yang membutuhkan sinar matahari mengoksidasi

komponen-komponen yang tak segera dioksidasi oleh oksigen.

Antioksidan adalah substansi yang diperlukan tubuh untuk menetralisir radikal bebas

dan mencegah kerusakan yang ditimbulkan oleh radikal bebas terhadap sel normal,

protein, dan lemak. Antioksidan menstabilkan radikal bebas dengan melengkapi

kekurangan elektron yang dimiliki radikal bebas dan menghambat terjadinya reaksi

berantai dari pembentukan radikal bebas yang dapat menimbulkan stress oksidatif.

DAFTAR PUSTAKA

28

· Bast, A. et al (1991) : Oxidants and Anti-oksidants : State of Art

Am.J.Med.,91 Suppl.3C, Paper 3C-2S

· Cadenas, E. : Biochemistry of Oxygen Toxicity. Ann.Rev.Bioch. : 58 ; 79-

110. Ann.Rev.Inc. Palo Alto , USA 1989

· Cochrane, G.C. (1991) : Cellular Injury by Oxidants. Am.J.Med. 91 : suppl.

3C, paper 3C-24S

· Halliwell, B. (1991) : Reactive Oxygen Species in Living System : Source,

Biochemistry and Role in Human Diseases. Am.J.Med. suppl. 3C, paper 3C-

14S.

· Murray, R.K. : Harper’s Biochemistry, 22nd ed. Pp.142-143, Prentice-Hall

Internat.Inc.London, U.K.1990

· Naqui, A., Chance, B., Cadenas, E. : Reactive Oxygen Intermediates in

Biochemistry. Ann.Rev. Bioch. 55 : 137-166, Ann. Rev. Inc. Palo Alto, USA

1995

· Pine, H. S. et al : Radikal Bebas, dalam : Kimia Organik 2, ed. 4. Hal. 954 –

985, 1988. Terjemahan Bahasa Indonesia. Penerbit ITB Bandung.

· Sies, H. (1991) : Oxidative Stress : From Basic Research to Clinical

Applications : .Am.J.Med.. 91 suppl. 3C, paper 3C-31S

29