radikal bebas teori
TRANSCRIPT
-
7/22/2019 radikal bebas teori
1/11
OKSIDAN, ANTIOKSIDAN, DAN RADIKAL BEBAS
Purnomo SuryohudoyoLaboratorium Biokimia Fakultas Kedokteran Unair
I. Pendahuluan
Akhir-akhir ini perhatian dunia kedokteran terhadap oksidan makin meningkat.
Perhatian ini terutama ditimbulkan oleh kesadaran bahwa oksidan dapat menimbulkan
kerusakan sel, dan menadi penyebab atau mendasari berbagai keadaan patologik seperti
penyakit kardio!askuler, penyakit respiratorik, gangguan sistem tanggap kebal,
karsinogenesis, bahkan di"urigai ikut berperan dalam proses penuaan #aging$. Sebagian
mekanisme kerusakan oleh oksidan telah diketahui, tetapi sebagian lagi karena rumitnyaproses %proses yang terkait, masih belum sepenuhnya elas.
&ksidan dapat mengganggu integritas sel karena dapat bereaksi dengan komponen-
komponen sel yang penting untuk mempertahankan kehidupan sel, baik komponen
struktural #misalnya molekul-molekul penyusun membran$ maupun komponen-
komponen 'ungsional #misalnya en(im-en(im dan )*A$. &ksidan yang dapat me-rusak
sel berasal dari berbagai sumber, yaitu +
a. yang berasal dari tubuh sendiri, yaitu senyawa-senyawa yang sebenarnya berasal
dari proses-proses biologik normal #'isiologis$, namun oleh suatu sebab terdapat
dalam umlah besar
b b. yang berasal dari proses-proses peradangan.". yang berasal dari luar tubuh, seperti misalnya obat-obatan dan senyawa
pen"emar (polutant$
d. yang berasal dari akibat radiasi
II. Oksidan dan Radikal Bebas
)alam kepustakaan kedokteran pengertian oksidan dan radikal bebas #free radicals$
sering dibaurkan karena keduanya memiliki si'at-si'at yang mirip. Akti!itas kedua enis
senyawa ini sering menghasilkan akibat yang sama walaupun prosesnya berbeda.
Sebagai "ontoh perhatikan dampak hidrogen peroksida$ dan radikal bebas &
#radikal hidroksil$ terhadap glutation #S$ +
a. H2O2+
S / & SS / &
b.OH +
S / & & / S #radikal glutation$
S / S SS0alaupun ada kemiripan dalam si'at-si'atnya namun dipandang dari sudut ilmu
kimia, keduanya harus dibedakan. Oksidan, dalam pengertian ilmu kimia, adalah
-
7/22/2019 radikal bebas teori
2/11
senyawa penerima elektron, #electron acceptor$, yaitu senyawa-senyawa yang dapat
menarik elektron. 1on 'erri #Fe///$, misalnya, adalah suatu oksidan +
Fe/// / e- Fe//
Sebaliknya, dalam pengertian ilmu kimia, radikal bebas adalah atom atau molekul#kumpulan atom$ yang memiliki elektron yang tak berpasangan #unpaired electron$.
Sebagai "ontoh marilah kita perhatikan molekul air # &$. 1katan atom oksigen dengan
hidrogen merupakan ikatan ko!alen, yaitu ikatan kimia yang timbul karena sepasang
elektron dimiliki bersama #share$ oleh dua atom +
Atom hidrogen +
Atom oksigen + & dan & + :&: atau % & %
Bila terdapat sumber energi yang "ukup besar, misalnya radiasi, molekul air dapatmengalami pembelahan homolitik #homolytical cleavage$ +
:&: / &
atom H radikal hidroksil
Atom # $ memiliki elektron yang tak berpasangan sehingga dapat pula dianggap
sebagai radikal.. 2olekul air dapat pula mengalami pembelahan enis lain, yaitu
pembelahan heterolitik #heterolytical cleavage$
+
:&: / / :&
ion H ion hidroksil
)alam hal ini, yang terbentuk bukanlah radikal tetapi ion-ion, sehingga proses tersebut
dinamakan ionisasi. Untuk ionisasi molekul air tak diperlukan masukan energi yang
besar, sehingga dalam keadaan 3biasa4 air mengalami ionisasi.
5lektron yang tak berpasangan "enderung untuk membentuk pasangan, dan ini
teradi dengan menarik elektron dari senyawa lain sehingga terbentuk radikal baru +
6: / & 6 / & radikal hidroksil radikal baru
)ari "ontoh diatas elaslah bahwa radikal bebas memiliki dua si'at, yaitu +
7. 8eakti!itas tinggi, karena ke"enderungan menarik elektron.
. )apat mengubah suatu molekul menadi suatu radikal
Si'at radikal bebas yang mirip dengan oksidan terletak pada ke"enderungannya untuk
menarik elektron.9adi sama halnya dengan oksidan, radikal bebas adalah penerima
elektron. 1tulah sebabnya dalam kepustakaan kedokteran, radikal bebas digolongkan
dalam oksidan. *amun perlu diingat bahwa radikal bebas adalah oksidan tetapi tidak
setiap oksidan adalah radikal bebas.
8adikal bebas lebih berbahaya dibanding dengan oksidan yang bukan radikal. al
ini disebabkan oleh kedua si'at radikal bebas diatas, yaitu reakti'itas yang tinggi dan
ke"enderungannya membentuk radikal baru, yang pada gilirannya apabila menumpai
molekul lain akan membentuk radikal baru lagi, sehingga teradilah rantai reaksi #chain
reaction$ 8eaksi rantai tersebut baru berhenti apabila radikal bebas tersebut dapat
-
7/22/2019 radikal bebas teori
3/11
diredam #quenched$. :ontohnya ialah reaksi radikal hidroksil dengan glutation yang
telah dibahas diatas.. 8eaksi akan berhenti karena dua radikal glutation #S $ akan
bereaksi membentuk glutation teroksidasi #SS$. Seluruh reaksi radikal bebas dapat
diabarkan menadi ; #tiga$ tahap, yaitu +
7. tahap inisiasi
. tahap propagasi
;. tahap terminasi
Sebagai "ontoh marilah kita perhatikan reaksi-reaksi yang menyangkut reaksi radikal
hidroksil sebagai berikut +
7.
-
7/22/2019 radikal bebas teori
4/11
yang teradi di mitokondria. Proses tersebut se"ara sederhana dapat digambarkan
sebagai berikut +
*A) / / / & *A)/ / & / energi
A)P / P / energi A
-
7/22/2019 radikal bebas teori
5/11
. teradinya senyawa-senyawa oksigen reakti' seperti &- #ion superoksida$, hidrogen peroksida$, && #radikal peroksil$, dan & #radikal hidroksil$
Perhatikan reaksi-reaksi dibawah ini yang merupakan pengalihan satu elektron +
7. && / e & & atau & ion superoksida
&& / / && atau && radikal hidroksil
. &&- / e- && - - atau &- - ion peroksida
&& / / && atau & hidrogen peroksida
;. &&- - / e- &-- / &
& / / & atau &
& / / & atau & radikal hidroksil
>. & / e &
& / / & atau &Pembentukan senyawa-senyawa oksigen reakti' tersebut se"ara singkat dapat ditulis
sebagai berikut +
& / e &
& / e / / &&
& / e
/ /
&& / ;e
/ ;/ & / && / >e
/ >/ &
)ari reaksi-reaksi diatas dapat terlihat bahwa ion superoksida, radikal peroksil,
hidrogen perolsida, dan radikal hidroksil teradi karena pengalihan elektron yang kurang
sempurna pada saat teradi reduksi oksigen.
2olekul oksigen dapat berubah menadi sangat reakti' bila kedua elektron tunggalnya
disatukan dalam satu orbital dengan putaran yang berlawanan. )enganperpindahan ini
satu orbital menadi kosong dan mudah diisi oleh sepasang elektron dengan putaran
yang berlawanan. Keadaan seperti ini terdapat dalam bentuk molekul oksigen khusus
yang disebut singlet oksigen dengan rumus sebagai berikut +
&&Singlet oksigen dapat teradi pada keadaan-keadaan khusus
$. PE&BENT%KAN SENA!A OKSI"EN REAKTI#
Senyawa oksigen reakti' yang berperan sebagai oksidan adalah + hidrogen peroksida,
#&$, ion superoksida #&$, radikal peroksil # &&$, radikal hidroksil #&$ dan
singlet oksigen.
idrogen peroksida terutama terbentuk karena akti'itas en(im-en(im oksidase yangterdapat dalam retikulum endoplasmik #mikrosom$ dan peroksisom. 5n(im-en(im
tersebut mengkatalisis reaksi +
-
7/22/2019 radikal bebas teori
6/11
-
7/22/2019 radikal bebas teori
7/11
& / &&
8adikal peroksil
Seperti halnya radikal lain, radikal inipun sangat reakti' dan akan membentuk radikal
baru serta & +
6 / && 6 / &)ari reaksi diatas kiranya elas bahwa radikal peroksil auh lebih berbahaya
dibandingkan dengan &.
1on superoksida akan sangat berbahaya apabila terdapat bersamaan dengan &karena
akan membentuk radikal hidroksil #&$ +
& / & & / & / &
#8eaksi aber % 0eiss$
8eaksi ini memerlukan ion Fe/// atau :u// dan diperkirakan teradi melalui dua tahap,
yaitu +
Fe///D :u// / & Fe//D :u/ / &
Fe//D :u/ / & Fe///D :u// / & / &
)iantara senyawa-senyawa oksigen reakti', radikal hidroksil adalah yang paling reakti',
oleh karena itu paling berbahaya.. *amun radikal hidroksil bukan merupakan produk
primer proses biologik, tetapi berasal dari &dan &
Sin+le 'ksi+en
Senyawa ini merupakan bentuk oksigen yang auh lebih reakti' dibanding oksigen
3biasa4#oksigen dalam bentukground stateatau disebut uga 3triplet oksigen4$.
Singlet oksigen terbentuk pada reaksi-reaksi yang dikatalisis oleh en(im-en(im
tertentu, antara lain +a. en(im mono-oksigenase yang menggunakan sitokrom p>C, apabila en(im tersebut
menggunakan suatu peroksida sebagai substrat +
8&& 8& / &b. en(im prostaglandin endoperoksida sintetase, suatu en(im yang berperan dalam
pembentukan prostaglandin dari asam arakidonat +
PP P / &". reaksi yang dikatalisis oleh en(im mieloperoksidase apabila ion hipoklorit yang
teradi bereaksi dengan &yang kedua +
& / :l & / :l&
:l&
/ & & / :l
/ &Atau apabila kedua reaksi tersebut diumlah +
& & / & Singlet oksigen dapat mengoksidasi berbagai senyawa +
8 / & 8&
$. DA&PAK NE"ATI# SENA!A-SENA!A OKSI"EN REAKTI#
G1..7 Senyawa-senyawa oksigen reakti' semuanya merupakan oksidan yang kuat,
walaupun deraad kekuatannya berbeda-beda. )ampak negati' tersebut timbul
karena reakti'itasnya sehingga dapat merusak komponen-komponen sel yang
penting untuk mempertahankan integritas dan kehidupan sel.
Sebagaimana telah dielaskan pada bab pendahuluan, akti'itas oksidan dapat
menadi penyebab atau mendasari berbagai keadaan patologis. )ampak akti'itas
-
7/22/2019 radikal bebas teori
8/11
oksidan dapat sangat luas, dan sering mekanisma molekulernya masih belum
terkuak se"ara elas.
)iantara senyawa-senyawa oksigen reakti', radikal hidroksil merupakan
senyawa yang paling berbahaya karena reakti'itasnya sangat tinggi. &leh karena
itu, sebagai "ontoh akan kita bahas dampak negati' radikal hidroksil.
8adikal hidroksil dapat merusak tiga enis senyawa yang penting untukmempertahankan integritas sel, yaitu +
7. asam lemak, khususnya asam lemak tak enuhyang merupakan komponen
penting 'os'olipid penyusun membran sel.
. )*A, yang merupakan perangkat genetik sel.
;. Protein yang memegang berbagai peran penting seperti en(im, reseptor,
antibodi dan pembentuk matriks serta sitoskeleton.
$I.2 Da(ak Ne+ai/ Terhada( &ebran Sel
Komponen terpenting membran sel adalah 'os'olipid, glikolipid dan kolesterol.
)ua komponen pertama mengandung asam lemak tak enuh. 9ustru asam lemak
tak enuh ini #asam-asam linoleat, linolenat dan arakidonat$ sangat rawanterhadap serangan-serangan radikal, terutama radikal hidroksil. 8adikal hidroksil
dapat menimbulkan reaksi rantai yang dikenal dengan nama peroksidasi lipid
L / & L / & Asam lemak. 8adikal lipid
L / & L&& 8adikal peroksilipid
L&& / 8 L / L&&dan seterusnya.
Akibat akhir dari rantai reaksi ini adalah terputusnya rantai asam lemak menadi
berbagai senyawa yang bersi'at toksis terhadap sel, antara lain berbagai ma"am
aldehida, seperti malondialdehida, H-hidroksi-nonenal serta berma"am-ma"am
hidrokarbon seperti etana #:I$ dan pentana #:7$.
)apat pula teradi ikatan silang #crosslinking$ antara dua rantai asam lemak atau
antara asam lemak dan rantai peptida #protein$ yang timbul karena reaksi dua
radikal +
87 / 8 878
Semuanya itu menyebabkan kerusakan kerusakan parah membran sel sehinggamembahayakan kehidupan sel
$I.0 Da(ak Ne+ai/ Terhada( DNA
8adikal bebas dapat menimbulkan berbagai perubahan pada )*A yang antara
lain .berupa + hidroksilasi basa timin dan sitosin, pembukaan inti purin dan
pirimidin serta terputusnya rantai 'os'odiester )*A
Bila kerusakan tak terlalu parah, maka masih bisa diperbaiki oleh sistem
perbaikan )*A #!"# repair system$. *amun apabila kerusakan terlalu parah,
misalnya rantai )*A terputus-putus diberbagai tempat, maka kerusakan tersebut
tak dapat diperbaiki dan replikasi sel akan terganggu.. Susahnya, perbaikan
)*A ini sering ustru menimbulkan mutasi, karena dalam memperbaiki )*Atersebut sistem perbaikan )*A "enderung membuat kesalahan #error prone$,
-
7/22/2019 radikal bebas teori
9/11
dan apabila mutasi ini mengenai gen-gen tertentu yang disebut onkogen, maka
mutasi tersebut dapat menimbulkan kanker.
$I.1 Da(ak Ne+ai/ Terhada( Pr'ein
&ksidan dapat merusak protein karena dapat mengadakan reaksi dengan asam-
asam amino yang menyusun protein tersebut. )iantara asm-asam aminopenyusun protein yang paling rawan adalah sistein. Sistein mengandung
gugusan sul'idril #S$ dan ustru gugusan inilah yang paling peka terhadap
serangan radikal bebas seperti radikal hidroksil +
8S / & 8S / & 8S / 8S 8SS8Pembentukan ikatan disul'ida #-S-S-$ menimbulkan ikatan intra atau antar
molekul protein tersebut kehilangan 'ungsi biologisnya #misalnya en(im
kehilangan akti!itasnya$.
I. DA&PAK POSITI# OKSIDAN
&ksidan menimbulkan banyak kerugian, tetapi ustru dampak negati' ini
diman'aatkan oleh tubuh untuk melawan serbuan organisma patogen.
Untuk menghadapi 3serangan dari luar ini4, alam #atau Sang Pen"ipta$ telah
menyediakan sel-sel khusus yang disebut sel-sel radang #inflamatory cells$
seperti granulosit, monosit dan makro'ag, yang dapat menghasilkan oksidan
seperti &, &, &, :l&dan &
8eaksi-reaksi yang menghasilkan senyawa-senyawa tersebut telah dibi"arakan
dalam babCbab sebelumnya.. *amun harap diingat bahwa oksidan-oksidan
tersebut selain dapat menghan"urkan mikroorganisma dapat pula merusak sel-
sel aringan tubuh sehingga sehingga apabila teradi keradangan hebat yangmelibatkan banyak sel radang, kerusakan aringan tak dapat dihindarkan.
II. PERTAHANAN TERHADAP OKSIDAN : ANTI-OKSIDAN
G111.7 Senyawa-senyawa oksigen reakti' teradi akibat proses-proses biologis normal,
namun apabila akti'itas senyawa-senyawa tersebut tak diredam, maka oksigen
pembawa kehidupan organisma aerobik akan berbalik menadi ra"un yang
mematikan, dan organisma aerobik sudah lama punah, mdari muka bumi. )alam
kenyataannya organisma aerobik tetap beraya, dan saat ini merupakan
organisma yang dominan di muka bumi ini, termasuk manusia. &rganisma
aerobik dapat bertahan karena alam menyediakan sarana untuk meredamdampak negati' oksidan, yaitu senyawa-senyawa anti-oksidan
)alam pengertian kimia, senyawa-senyawa anti-oksidan adalah senyawa-
senyawa pemberi elektron #electron donors$. *amun dalam arti biologis,
pengertian anti-oksidan lebih luas, yaitu merupakan senyawa-senyawa yang
dapat meredam dampak negati' oksidan, termasuk en(im-en(im dan protein-
protein pengikat logam.
)alam meredam dampak negati' oksidan diterapkan strategi dua lapis, yaitu +
7. men"egah terhimpunnya senyawa-senyawa oksidan se"ara berlebihan.
. 2en"egah reaksi rantai berlanut.
Berdasarkan dua mekanisma pen"egahan dampak negati' oksidan tersebut, anti-
oksidan dapat dibagi menadi dua golongan , yaitu +a. anti-oksidan pen"egah
b. anti-oksidan pemutus rantai #chainbreaking antioxidants$
-
7/22/2019 radikal bebas teori
10/11
$II.2 Ani-'ksidan Pene+ah.
Pada dasarnya tuuan anti-oksidan enis ini adalah adalah men"egah teradinya
radikal hidroksil, yaitu radikal yang paling berbahata..
Seperti telah dibi"arakan pada bab-bab sebelumnya, untuk membentuk radikal
hidroksil diperlukan tiga komponen, yaitu + logam transisi Fe atau :u, &dan&
Agar reaksi Fenton tak teradi, maka harus di"egah keberadaan ion Fe//
atau :u / bebas. Untuk itu berperan beberapa protein penting, yaitu +
- untuk Fe + rans/erinatau /eriin
- untuk :u + serul'(lasin atau albuin
Penimbunan &di"egah oleh en(imsu(er'ksida disuase )SOD* yang
mengkatalisis reaksi dismutasi & +
& / / & / &
Penimbunan & di"egah melalui akti'itas dua enis en(im, yaitu +
a. katalase, yang mengkatalisis reaksi dismutasi & + & & / &
b. peroksidase, yang mengkatalisis reaksi sebagai berikut +
8 / & 8& / &)iantara berbagai peroksidase, yang paling penting adalah glutation
peroksidase #SPE$, yang mengkatalisis reaksi +
S / & SS / &Apabila radikal hidroksil masih saa terbentuk, masih ada sarana lain untuk
meredamnya, tanpa memberi kesempatan untuk memulai reaksi rantai dengan
melibatkan senyawa-senyawa yang mengandung gugusan sul'idril seperti
glutation dan sistein +
lutation #S$ +
S / & S / & S SS Sistein #:ys-S$ +
:ys-S / & :ys-S / & :ys :ys-S-S-:ys sistin
$II. 0 Ani-'ksidan Peuus Reaksi Ranai
)alam kelompok anti-oksidan ini termasuk !itamin 5 #toko'erol$, asam
askorbat #!itamin :$, -karoten, dan dua senyawa yang uga berperan sebagaianti-oksidan pen"egah rantai reaksi, yaitu glutation dan sistein.
Gitamin 5 dan -karoten bersi'at lipo'ilik, sehingga dapat berperan pada membransel untuk men"egah peroksidasi lipid. Sebaliknya, !itamin :, glutation dan
sistein bersi'at hidro'ilik, dan berperan dalam sitosol..
Gitamin 5 sebenarnya terdiri dari empat senyawa, yaitu + al'a, beta, gamma dan
delta toko'erol. Karena keberadaannya dalam membran, !itamin 5 dapat
bereaksi dengan radikal lipid #L$ dan radikal peroksilipid #L&&$
-
7/22/2019 radikal bebas teori
11/11
tiga "ara, yaitu a. radikal !itamin 5 mengalami reaksi-reaksi intramolekul
menghasilkan
senyawa-senyawa non-radikal
b. setelah bergeser kearah permukaan molekul, radikal !itamin 5 bereaksi
dengan
!itamin : #As"-$ dan menghasilkan radikal !itamin : #As"$ + -7>;, Prenti"e-all
1nternat.1n".London, U.K.7HHC
I. . *aNui, A., :han"e, B., :adenas, 5. + 8ea"ti!e &Eygen 1ntermediates in
Bio"hemistry. Ann.8e!. Bio"h. + 7;-7II, Ann. 8e!. 1n". Palo Alto, USA 7HH
. . Pine, . S. et al + 8adikal Bebas, dalam + Kimia &rganik , ed. >. al. H> % HJ,
7HJJ.