ROS

Department of BiochemistryMalahayati University

Terminologi• ROS Reactive Oxygen Species• Adalah istilah yang sering digunakan

oleh para ilmuwan untuk mengistilahkan oksigen radikal dan juga oksigen non radikal .

• Sebagian ada yang menyebutkan oxygen-derived species.

• Istilah yang lebih populer Oksidan

• Oksidan, yang sebagian besar merupakan radikal bebas, kiranya makin penting untuk diteliti karena makin banyak penyakit atau kelainan yang disebabkan oleh kehadirannya.

• Namun tanpa kehadirannyapun dapat menimbulkan kelainan, seperti yang kita lihat pada lekosit yang tidak berdaya terhadap masuknya mikroba karena tidak mampu membendung oksidan ini.

• Senyawa-senyawa maupun reaksi-reaksi kimia yang cenderung menghasilkan spesies oksigen reaktif (spesies oksigen yang potensial toksik) disebut pro-oksidan

Pendahuluan• Radikal bebas atom atau molekul yang

memiliki satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan sehingga molekul tersebut menjadi tidak stabil dan selalu berusaha mengambil elektron dari molekul atau sel lain.

• Kecenderungan mendapat elektron dari substansi lain radikal bebas sangat reaktif.

• Tidak semua oksigen reaktif merupakan radikal bebas, misalnya H2O2

• Secara umum, radikal bebas dapat terbentuk melalui salah satu cara sebagai berikut:– melalui absorpsi radiasi (ionisasi, uv,

radiasi sinar tampak, radiasi panas), atau – melalui reaksi redoks, dengan

mekanisme reaksi fisi ikatan homolitik– pemindahan elektron

• Pengaruh radiasi ionisasi terhadap materi biologik akan menghasilkan bermacam-macam radikal bebas yang kompleks, terutama radikal hidrogen (H.), hidroksil (OH.), dan elektron, yang siap berinteraksi dengan biomolekul-biomolekul lain yang berdekatan.

• Energi panas juga dapat menghasilkan radikal bebas. Secara umum, suhu tinggi dibutuhkan untuk memecahkan ikatan kovalen,

• Senyawa-senyawa demikian sebagian besar merupakan pencetus (initiator) reaksi pembentukan radikal bebas.

• Zat-zat organik ataupun xenobiotik yang terpapar suhu tinggi, misalnya polutan, sampah organik yang dibakar, rokok yang terbakar, menghasilkan campuran berbagai radikal bebas yang kompleks.

• Asap rokok, polusi, NO2 dan Ozon (O3) merupakan contoh oksidan eksternal yang masuk ke dalam tubuh melalui inhalasi.

• Setiap hembusan asap rokok sigaret mengandung 1014 radikal bebas dan 800 ppm Nitrogen Oksida (NO2) yang dapat bereaksi dengan peroksida sel radang membentuk oksiradikal lain yang sangat kuat

Oksigen radikal• Superoksid (O2.-)• Hydroxyl(OH*)• Peroksil• Alkoxyl• Hydroperoksil

Oksigen non radikal• Hidrogen peroxida (H2O2)• Hipochlorous acid• Ozone (O3)• Singlet oksigen• Peroksinitrit

• Radikal bebas dapat dihasilkan dari hasil metabolisme tubuh dan faktor eksternal seperti asap rokok, hasil penyinaran ultra violet, zat kimiawi dalam makanan dan polutan lain.

• Penyakit yang disebabkan oleh radikal bebas bersifat kronis,

• Contoh penyakit yang sering dihubungkan dengan radikal bebas adalah serangan jantung dan kanker.

Radikal bebas

Jenis oksigen reaktif dapat memulai suatu penyakit• Radikal bebas yang mengambil

elektron dari sel tubuh manusia perubahan struktur DNA sel-sel mutan.

• Bila perubahan DNA ini terjadi bertahun-tahun, kanker.

Mekanisme• Oksigen direduksi menjadi air oleh

enzim sitokrom oksidase, maka ada empat elektron yang didapat

• Masing masing molekul snagat reaktif dan dapat merusak jaringan.

• Molekul tersebut: radikal bebas superoksida, hidrogen peroksida, dan radikal bebas hidroksil.

• Radikal bebas hidroksil sangat rekatif meskipun masa hidupnya singkat.

• Contoh lain: enzim xantin oksidase yang akan menghasilkan superoksid (selama cidera organ yang iskemik)

• Sel netrofil yang terangsang akan menghasilkan superoksid sebagai salah satu mekanisme menghancurkan bakteri.

• Superoksid juga bisa dihasilkan oleh metabolisme xenobiotik oleh sitokrom P 450.

• Karena amat reaktif, molekul ini bekerja insitu sangat dekat dengan tempatnya diproduksi.

• Seluruh stuktur sel sangat rentan, termasuk membran, protein stuktural, enzim dan asam nukleat yang dapat menyebabkan mutasi dan kematian sel

• Zat-zat yang dapat bereaksi dengan DNA, sangat potensial bersifat karsinogen.

• Efek mutagenik radikal superoksida yang terbentuk selama aktivasi sel-sel fagosit pada inflamasi kronik, dapat mendorong terjadinya keganasan

Anti oksidan• Untuk mencegah atau mengurangi penyakit

kronis karena radikal bebas diperlukan antioksidan.

• Tubuh manusia, sesungguhnya dapat menghasilkan antioksidan tetapi jumlahnya sering sekali tidak cukup untuk menetralkan radikal bebas yang masuk ke dalam tubuh. Atau zat pemicu yang diperlukan oleh tubuh untuk menghasilkan antioksidan tidak cukup dikonsumsi.

• Contoh, tubuh manusia dapat menghasilkan Glutathione, (antioksidan yang sangat kuat) hanya saja, tubuh memerlukan asupan vitamin C sebesar 1.000 mg untuk memicu tubuh menghasilkan glutahione ini.

• Keseimbangan antara antioksidan dan radikal bebas menjadi kunci utama pencegahan stres oksidatif dan penyakit-penyakit kronis yang dihasilkannya.

Mekanisme antioksidan

• Mekanisme pertahanan terhadap oksidan tergantung kepada penyebabnya

• Contohnya adalah anti oksidan superoksid dismutase, anti oksidan lipid, glutation peroksidase, dll

Jenis-jenis anti oksidanOksigen VitA, Vit E, ß caroten

Radikal bebas superoksid

Super oksid dismutase, Vit E, ß caroten

Radikal bebas peroksil Vit A, Vit C

Hidrogen peroksida Katalase, glutation peroksidase

Lipid peroksidase Glutation peroksidase

Superoksid dismutase• Potensi toksisitas oksigen

dihubungkan dengan pembentukan H2O2.

• Namun ternyata Oksigen dengan mudah dapat diubah menjadi superoksid (O2.-) yang dapat dihilangkan dengan anti oksidan, salah satunya superoksid dismutase

O2.- + O2.- + 2H+ H2O2 + O2 superoksid dismutase

• Bila hewan berada di dalam kondisi atmosfer 100%, maka akan menghasilkan kadar enzim superoksid dismutase sebagai proses adaptasi, khususnya pada paru-paru.

• Paparan yang lama akan merusak paru-paru dan akan menimbulkan kematian.

Anti oksidan lipid• Lipid yang terpajan oksigen bukan

hanya penyebab makanan menjadi tengik tapi juga menyebabkan kerusakan jaringan tubuh, seperti kanker, inflamasi, aterosklerosis, proses penuaan.

• Efek yang merusak ini ditimbulkan saat asam lemak membentuk peroksida

• Menurut hasil penelitian, LDL yang teroksidasi lebih mudah dan cepat diambil oleh makrofag dan foam cell jika dibanding dengan LDL normal. Keadaan ini mendorong terjadinya aterosklerosis

• Zat antioksidan lipid contohnya tokoferol (vit E) , vit C, dan ß caroten juga bertindak sebagai “pemangsa radikal bebas dan mengurangi toksisitas oksigen.

Glutation peroksidase• Ion Fe2+dari Hb sangat rentan

terhadap oksidasi oleh oksidan, misal O2, di mana terbentuk metHb yang tidak mampu mengangkut oksigen.

• Pada keadaan normal, hanya dijumpai sedikit metHb di dalam darah karena enitrosit memiliki sistim yang efektif untuk mereduksi kembali Fe3+menjadi Fe2+.

• Pada eritrosit dan beberapa jaringan, enzim glutation peroksidase yang mengandung Selenium (Se) mengkatalisasi penguraian H2O2 dan hidroperoksida lipid oleh glutation (GSH) sehingga lipid membran sel menjadi aman dan oksidasi Hb menjadi metHb dapat dicegah.

• Peranan jalur pentosaphosphat pada reaksi Glutation peroksidase di dalam sel eritrosit

Kesimpulan• Radikal bebas adalah suatu substansi kimia

yang bersifat reaktif karena memiliki "elektron-tidak-berpasangan" pada orbital paling luar; yang paling banyak dipelajari adalah radikal superoksida (O2-·) dan radikal hidroksil (OH').

• Substansi ter-sebut mampu merusak berbagai komponen sel sehingga dapat berakibat terjadinya kerusakan bahkan kematian sel dan berbagai kelainan tubuh.

• Sistim biologik dapat terpapar oleh radikal bebas, baik yang terbentuk endogen sebagai produk antara dalam proses metabolisme sel, maupun eksternal seperti pengaruh radiasi ionisasi dan proses pembakaran berbagai polutan. Meskipun demikian, dalam keadaan fisiologik tubuh memiliki mekanisme proteksi terhadap efek radikal bebas dengan adanya enzim-enzim dan antioksidan.