Radikal Bebas [PDF]

Citation preview

TUGAS BIOANTIOKSIDAN RADIKAL BEBAS



Oleh :



Dwi Arum Permatasari



(1809511097)



Alviona



(1809511098)



FAKULTAS KEDOKTERAN HEWAN



UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2020



KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha kuasa karena telah memberikan kesempatan pada penulis untuk menyelesaikan paper ini. Atas rahmat lah penulis dapat menyelesaikan paper yang berjudul “Radikal Bebas” tepat waktu. Paper disusun guna memenuhi tugas mata kuliah Bioantioksidan di FKH UNUD. Selain itu, penulis juga berharap agar paper ini dapat menambah wawasan bagi pembaca. Penulis menyadari bahwa paper ini masih memerlukan penyempurnaan, terutama pada bagian isi. Kami menerima segala bentuk kritik dan saran pembaca demi penyempurnaan makalah. Apabila terdapat banyak kesalahan pada makalah ini, kami memohon maaf. Demikian yang dapat kami sampaikan. Akhir kata, semoga paper biantioksidan ini dapat bermanfaat.



Denpasar, 26 November 2020



Penulis



DAFTAR ISI



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada era modern dengan perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan, terjadi perubahan pola hidup masyarakat yang berdampak buruk bagi kesehatan, seperti konsumsi makanan dengan nutrisi tidak seimbang, kurang olahraga dan istirahat, kebiasaan merokok dan minum-minuman beralkohol. Selain itu, kondisi lingkungan sekitar yang memburuk seperti banyaknya polusi juga akan menyebabkan penurunan kualitas hidup masyarakat dengan adanya penurunan produksi senyawa yang menjaga kondisi tubuh, yaitu antioksidan alami yang digunakan untuk menetralisir radikal bebas yang terbentuk akibat polusi udara, sumber radiasi, zat kimia berbahaya, dan pembentukan radikal bebas lainnya. Radikal bebas didefinisikan sebagai atom atau molekul dengan satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan dan bersifat tidak stabil, berumur pendek, dan sangat reaktif untuk penarikan elektron molekul lain dalam tubuh untuk mencapai stabilitas yang menyebabkan potensi kerusakan pada biomolekul dengan merusak integritas lipid, protein, dan DNA yang mengarah pada peningkatan stres oksidatif seperti penyakit neurodegenerative, diabetes mellitus, penyakit kardiovaskular, proses penuaan dini, bahkan kanker (Phaniendra, et al., 2015). Sejak tahun 2015, sebanyak 8,8 juta pasien meninggal karena kanker dan menjadikannya penyebab kematian nomor 2 secara global (World Health Organization, 2017). Kanker terbentuk melalui tahap perubahan sel normal menjadi sel kanker akibat mutasi yang disebabkan oleh berbagai faktor, salah satunya dipicu oleh senyawa reactive oxygen species (ROS), yang terbentuk di dalam tubuh. 1.2 Rumusan Masalah 1. Apa yang dimaksud radikal bebas ? 2. Dari manakah sumber radikal bebas ? 3. Bagaiman struktur kimia radikal bebas? 4. Apa saja jenis-jenis radikal bebas ? 5. Apa saja dampak radikal bebas pada tubuh?



1.3 Tujuan 1. Untuk mengetahui apa yang dimaksud radikal bebas 2. Untuk mengetahui sumber radikal bebas 3. Untuk mengetahui struktur kimia radikal bebas 4. Untuk mengetahui apa saja jenis-jenis radikal bebas 5. Untuk mengetahui dampak dari radikal bebas pada tubuh 1.4 Saran Adapun Manfaat dari penulisan paper ini adalah menambah pengetahuan mahasiswa dan pembaca mengenai radikal bebas.



BAB II PEMBAHASAN 2.1 Radikal Bebas Radikal bebas dapat didefinisikan sebagai spesies molekul apa pun yang mampu hidup secara independen yang mengandung elektron tak berpasangan dalam orbital atom. Kehadiran elektron tak berpasangan menghasilkan sifat umum tertentu yang dimiliki oleh sebagian besar radikal. Radikal tertarik dengan lemah ke medan magnet dan disebut paramagnetik. Banyak radikal sangat reaktif dan dapat menyumbangkan elektron atau mengekstraksi elektron dari molekul lain, oleh karena itu berperilaku sebagai oksidan atau reduktor. Sebagai hasil dari reaktivitas tinggi ini, kebanyakan radikal memiliki waktu paruh yang sangat singkat (10−6 detik atau kurang) dalam sistem biologis, meskipun beberapa spesies dapat bertahan lebih lama. Radikal bebas yang paling penting dalam banyak keadaan penyakit adalah turunan oksigen, terutama superoksida dan radikal hidroksil. Pembentukan radikal dalam tubuh terjadi melalui beberapa mekanisme, yang melibatkan faktor endogen dan lingkungan. Molekul yang kehilangan elektron ini dapat bersifat reaktif, terutama asam lemak tidak jenuh yang kemudian ditransformasikan menjadi radikal bebas yang sangat reaktif. Jika radikal bebas tidak diinaktivasi, reaktivitasnya dapat merusak seluruh tipe makromolekul seluler, termasuk karbohidrat, protein, lipid dan asam nukleat. Senyawa radikal bebas tersebut biasanya diakibatkan oleh stress, radiasi dandapat timbul dari dalam tubuh kita sendiri. Dalam hal ini radikal bebas merupakan hasil dari reaksi kimia yang merupakan bagian dari proses metabolisme tubuh untuk dapat tetap hidup. Namun beberapa radikal bebas banyak pula dijumpai dalam kehidupan sehari-hari seperti asap kendaraan bermotor, paparan polusi lingkungan, asap rokok, herbisida, obat-obatan dan beberapa unsur kimia. Serangan radikal bebas dapat menyebabkan kerusakan sel atau disfungsi, dilanjutkan dengan terjadinya peradangan sel. Akibatnya tentu sel sehat berubah menjadi rusak, distribusi zat nutrisi keseluruh tubuh bisa terganggu dan akhirnya terjadi penyakit degeneratif. Semua komponen sel rentan terhadap serangan radikal bebas. Di samping radikal bebas (free radical), dikenal juga istilah reactive oxygen species (ROS), yaitu molekul yang bukan hanya merupakan radikal oksigen, tetapi juga beberapa



turunan oksigen yang non radikal Radikal bebas dan senyawa ROS dalam tubuh dapat menyebabkan oksidasi lipid, oksidasi protein, DNA strand break, modifikasi basa DNA dan modulasi ekspresi genetik. Beberapa senyawa ROS yang penting dalam kehidupan makhluk hidup adalah : yang tergolong radikal bebas seperti radikal hidroksil (OH*), radikal superoksida (O2*), radikal nitrik oksida (NO*) dan radikal lipid peroksil (LOO*); serta yang tergolong non radikal seperti hidrogen peroksida (H2O2), singlet oksigen (1O2), asam hipoklorat (HOCl) dan ozon (O3) (Halliwell dan Gutteridge, 1999; Langseth, 2000; Lee et al., 2004).



2.2 Sumber Radikal Bebas Sistem tubuh menghasilkan radikal bebas reaktif (atom atau molekul dengan elektron yang tidak berpasangan) secara terus menerus selama metabolisme, fagositosis dan respirasi. Dari proses tubuh ini, proses respirasi tampaknya menjadi sumber terpenting gratis radikal dimana sekitar 1 sampai 2% oksigen diubah menjadi superoksida radikal (O 2-). Radikal bebas superoksida mungkin tidak menyebabkan kerusakan langsung pada sel-sel tubuh karena tidak reaktif. Substrat organik (RH) atau lipid (LH) dapat bereaksi dengan radikal hidroksil dengan adanya oksigen untuk menghasilkan radikal peroksiil (ROO- Atau LOO-) yang mengalami rantai reaksi yang dapat menyebabkan kerusakan sel. Karena itu radikal bebas terbentuk di dalam sel dapat menyebabkan serangkaian perubahan kimiawi organel seluler seperti membran lipid, DNA, protein yang pada akhirnya dapat menyebabkan kematian sel Radikal bebas yang ada di tubuh manusia berasal dari 2 sumber yakni endogen (dari dalam tubuh) dan eksogen (dari luar tubuh). 1. Sumber endogen a. Autoksidasi : Merupakan produk dari proses metabolisme aerobik. Molekul yang mengalami autoksidasi berasal dari katekolamin, hemoglobin, mioglobin, sitokrom C yang tereduksi, dan thiol. Autoksidasi dari molekul diatas menghasilkan reduksi dari oksigen diradikal 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. b. 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 amino acid oxidase. Enzim myeloperoxidase hasil aktifasi netrofil, memanfaatkan hidrogen peroksida untuk oksidasi ion klorida menjadi suatu oksidan yang kuat asam hipoklor. c. Respiratory burst Respiratory burst merupakan terminologi yang digunakan untuk menggambarkan proses dimana sel fagositik menggunakan oksigen dalam jumlah yang besar selama fagositosis.



Lebih



kurang



70-90



%



penggunaan



oksigen



tersebut



dapat



diperhitungkan dalam produksi superoksida. Fagositik sel tersebut memiliki sistem membran bound flavoprotein cytochrome-b-245 NADPH oxidase. Enzim membran sel seperti NADPH-oxidase keluar dalam bentuk inaktif. Paparan terhadap bakteri yang diselimuti imunoglobulin, kompleks imun, komplemen 5a, atau leukotrien dapat mengaktifkan enzim NADPH-oxidase. Aktifasi tersebut mengawali respiratory burst pada membran sel untuk memproduksi superoksida. Kemudian H2O2 dibentuk dari superoksida dengan cara dismutasi bersama generasi berikutnya dari OH dan HOCl oleh bakteri. 2. Sumber eksogen a. 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. b. 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 terurai atau bersama cairan seluler. c. 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. Diperkirakan bahwa tiap hisapan rokok mempunyai bahan oksidan dalam jumlah yang sangat besar, meliputi aldehida, epoxida, peroxida, dan radikal bebas lain yang mungkin cukup berumur panjang dan bertahan hingga menyebabkan kerusakan alveoli. Bahan lain seperti nitrit oksida, radikal peroksil, dan radikal yang mengandung karbon ada dalam fase gas. Juga mengandung radikal lain yang relatif stabil dalam 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. Sehingga, berdasarkan penjelasan di atas radikal bebas dapat bersumber dari : -



Hasil metabolisme tubuh (faktor internal)



-



Asap rokok



-



Zat kimia dalam makanan / minuman



-



Pupuk kimia



-



Radiasi sinar Ultra Violet, X-ray



-



Asap atau polutan dari kendaraan / pabrik



Gambar 1. Sumber Radikal Bebas dalam Tubuh 2.3 Struktur Kimia Radikal Bebas Biasanya, ikatan tidak akan terpecah sehingga meninggalkan molekul dengan elektron ganjil dan tidak berpasangan. Namun, ketika ikatan putus, radikal bebas terbentuk. Radikal bebas sangat tidak stabil dan bereaksi cepat dengan senyawa lain yang berusaha mendapatkan stabilitas. Struktur kimia radikal bebas melibatkan mekanisme kerja antioksidan. Terdapat dua mekanisme kerja yang diusulkan untuk antioksidan. Yang pertama adalah mekanisme pemutusan rantai di mana antioksidan primer mendonasikan elektron ke radikal bebas yang ada dalam sistem, misalnya radikal lipid. Mekanisme kedua melibatkan penghilangan inisiator ROS (spesies oksigen reaktif) dan RNS (spesies nitrogen reaktif) dengan katalis inisiator rantai quenching.



Gambar 2. Rantai Reaksi Radikal Bebas Selanjutnya, dalam reaksi berantai radikal bebas, ketika lemak berkontak dengan oksigen, akan terbentuk asam lemak tak jenuh yang menimbulkan radikal bebas dalam persamaannya. Juga hidroperoksida yang ada dalam jumlah kecil sebelum reaksi oksidasi, terurai untuk menghasilkan radikal persamaan yang mengabstraksi atom hidrogen dari molekul lain dan menjadi hidroperoksida yang menghasilkan radikal lebih lanjut. Antioksidan yang ditambahkan ke dalamnya, akan menetralkan radikal bebas dengan menyumbangkan salah satu elektronnya sendiri yang mengakhiri reaksi dalam persamaan dan. Ini terjadi secara umum di dalam tubuh. Radikal bebas dapat terbentuk in-vivo dan in-vitro secara : a. 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. b. Kehilangan satu elektron dari molekul normal c. Penambahan elektron pada molekul normal Pada radikal bebas elektron yang tidak berpasangan tidak mempengaruhi muatan elektrik dari molekulnya, dapat bermuatan positif, negatif, atau netral.



Gambar 3. Struktur Kimia Radikal Bebas 2.4 Jenis-Jenis Radikal Bebas Ada dua bentuk umum dari radikal bebas yaitu ROS dan Reactive Nitrogen Species (RNS). Termasuk ROS di antaranya ion Superoxide (O 2 ), Hydrogen peroxide (H2O2), Hydroxyl radical (OH), dan Peroxyl radical (OOH). Sementara RNS sering dianggap sebagai subklas dari ROS, di antaranya Nitric oxide (NO), Nitrous oxide (N 2O), Peroxynitrite (NO3  ), Nitroxyl anion (HNO) dan Peroxynitrous Acid (HNO3







) (Marciniak et al., 2009; Kothari et al., 2010).



ROS (Reactive Oxygen Species) terdiri dari kelompok radikal bebas dan kelompok non radikal. Kelompok radikal bebas antara lain Superoxide Anion (O2), Hydroxyl Radical (OH) dan Peroxyl Radicals (RO2), sedangkan yang termasuk kelompok non radikal misalnya Hydrogen peroxide (H2O2) dan Organic peroxides (ROOH) (Halliwell dan Whiteman, 2004). Terdapat Radikal yg berpusat oksigen (Oxygen-centered radicals) yaitu Singlet oxygen, superoxide, hydroxyl radicals, radikal yg berpusat sulfur (Sulfur-centered radicals) yaitu Thiyl radical (RS• ), radikal yg berpusat karbon (Carbon-centered radicals) yaitu



•



CCl3, CH2



berpusat nitrogen (Nitrogen-centered radicals) yaitu NO• , R2NO•



•



CHOH, serta radikal yg



Gambar 4. Jenis Radikal Bebas Lainnya



2.5 Dampak Radikal Bebas pada Tubuh Radikal bebas berkontribusi pada berbagai penyakit. Secara kimiawi, suatu zat teroksidasi ketika elektron dihilangkan dan direduksi serta ketika elektron ditambahkan. Semua reaksi kimia melibatkan transfer elektron. Tubuh menghasilkan energi dengan mengoksidasi makanannya dan menyimpannya



dalam



bentuk



bahan



kimia



Energi



potensial



disebut



ATP



(Adenosinetriphosphate). Radikal bebas sebagian besar dihasilkan selama produksi dari ATP di mitokondria. Selama proses ini, radikal keluar dari mitokondria dari oksigen reaktif spesies seperti anion superioksida (O2-) dan hidroksil radikal (HO-) dan spesies oksigen reaktif lainnya seperti singlet oksigen (O2), terutama merusak sistem tubuh dimana tempat radikal bebas dihasilkan. Sinar ultraviolet yang menembus kulit dan udara menghasilkan polutan yang tinggi dalam kabut asap yang kita hirup radikal bebas juga. Makanan, seperti lipid dengan adanya timbal (Fe3+, Fe2+) menghasilkan hidrogen peroksida dari radikal hidroksil lebih lanjut yang bergantung pada keberadaan ion besi.



Percepatan dekomposisi hidroperoksida menjadi radikal peroksil dan radikal alkoksil



Pembentukan radikal bebas alkil melalui reaksi langsung dengan lemak dan minyak



Aktivasi molekul oksigen untuk pembentukan oksigen singlet



KESIMPULAN



Radikal bebas dapat didefinisikan sebagai spesies molekul apa pun yang mampu hidup secara independen yang mengandung elektron tak berpasangan dalam orbital atom. Sistem tubuh menghasilkan radikal bebas reaktif secara terus menerus selama metabolisme, fagositosis dan respirasi. Radikal bebas sangat tidak stabil dan bereaksi cepat dengan senyawa lain yang berusaha mendapatkan stabilitas. Struktur kimia radikal bebas melibatkan mekanisme kerja antioksidan. Radikal bebas berkontribusi pada berbagai penyakit dimana radikal keluar dari mitokondria dari oksigen reaktif spesies dan merusak sistem tubuh dimana tempat radikal bebas dihasilkan.



DAFTAR PUSTAKA Arief, Sjamsul. 2012. Radikal Bebas. Bagian/SMF Ilmu Kesehatan Anak FK UNAIR/RSU Dr. Soetomo Surabaya. Arnanda, Q. P., & Nuwarda, R. F. (2019). Penggunaan Radiofarmaka Teknesium-99m Dari Senyawa Glutation Dan Senyawa Flavonoid Sebagai Deteksi Dini Radikal Bebas Pemicu Kanker. Farmaka, 17(2), 236-243. Astuti, S. (2012). Isoflavon kedelai dan potensinya sebagai penangkap radikal bebas. Jurnal Teknologi & Industri Hasil Pertanian, 13(2), 126-136. Hamid, A. A., et al. 2010. Antioxidants: Its medicinal and pharmacological applications. University of Ilorin. 4(8): 142-151 Mbah, C. J., et al. 2019. Antioxidants Properties of Natural and Synthetic Chemical Compounds: Therapeutic Effects on Biological System. University of Lagos, Nigeria. 3(6) : 28-42 Young, I. S., & Woodside, J. V. 2001. Antioxidants in health and disease. J Clin Pathol. 54:176–186