BAHAN KULIAH EKOTOKSIKOLOGI PERAIRAN

JOHANNES K. HARIANJA110302068

MANAJEMEN SUMBERDAYA PERAIRANFAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARAMEDAN2014PENDAHULUAN

EKOTOKSIKOLOGI PERAIRAN

Silabus Materi Kuliah :Memberi pemahaman tentang sumber-sumber, sifat-sifat, serta pengaruh bahan-bahan toksik terhadap biota perairan melalui pendekatan absorpsi, distribusi, ekskresi, biotransformasi, metabolisme, serta transformasi fisika dan kimia termasuk juga di dalamnya respon terhadap bahan-bahan beracun atau toksikan.

Referensi :1. Connel, D.W. dan G.J. Miller. 1995. Kimia dan Ekotoksikologi Pencemaran. Terjemahan Koestoer, Y. dan Sahati, UI Press-Jakarta.2. Darmono. 1995. Logam dalam Sistem Biologi Makhluk Hidup. UI Press-Jakarta.3. L.U. TC. 1995. Toksikologi Dasar. UI Press-Jakarta.4. Rompas, R.M. 2010. Toksikologi Kelautan. Wakaw Bengkulen-Jakarta Timur.

Visi : Setelah mempelajari mata kuliah ini, mahasiswa akan dapat mengerti tentang sumber, sifat, serta pengaruh bahan toksis terhadap biota perairan. Setelah mempelajari mata kuliah ini, mahasiswa akan mengerti tentang proses absorpsi (masuknya racun tersebut), disribusi, ekskresi, biotransformasi, metabolisme, transformasi fisika dan kimia termasuk juga di dalamnya respon terhadap bahan-bahan beracun atau toksikan.Misi : Mempelajari sumber-sumber dan sifat bahan toksik. Pengaruh bahan toksik terhadap biota. Mempelajari tentang absorpsi, transformasi atau keseluruhan metabolisme pada biota. Mempelajari transformasi kimia dan fisika serta respon ekosistem terhadap toksikan.

Produk setelah mempelajari mata kuliah ini : Mahasiswa mampu memahami semua aspek yang berhubungan dengan keracunan di perairan (Ekotoksikologi Perairan).

Materi Kuliah :1. Pengertian dan Defenisi Ekotoksikologi2. Prinsip Dasar Perilaku Pencemara. Peralihan Lingkunganb. Proses Pengangkutan dan Perubahan Akuatikc. Nasib (Fat) Zat Kimia Beracun di Lingkungan3. Interaksi Bio dan Pencemara. Proses Pengambilanb. Sistem Pengangkutan Khususc. Proses Bioakumulasid. Biomagnifikasie. Biotransformasi4. Toksikologi Perairana. Kimia dan Biologib. Perilaku Racun dalam Makhluk Hidupc. Aspek Metabolik dan Mekanisme Toksikand. Reaksi Toksikologie. Pengaruh Lethal dan Sub-Lethal5. Prinsip Ekotoksikologia. Lingkungan Suatu Makhluk dan Keragamannyab. Pengaruh Umum Pencemarc. Ekologi Deoksigenasi dan Pengkayaan Makanan6. Tanggapan Biotik

KULIAH 1I. Pengertian dan Defenisi (Terminologi)Ekotoksikologi berasal dari dua kata yaitu eko dan toksikologi. Eko artinya lingkungan dan toksikologi (Toxicology) artinya ilmu yang mempelajari tentang racun-racun yang ada di perairan. Toksikologi berasal dari kata toksik atau toksis yang artinya racun, toksikan adalah bahan-bahan beracun itu sendiri. Ekologi berasal dari dua kata yaitu oikos yang artinya rumah tangga dan logos yang artinya ilmu. Jadi, Pengertian Ekologi adalah ilmu yang mempelajari hubungan timbal balik antara makhluk hidup dengan lingkungannya, sedangkan Pengertian Ekotoksikologi adalah ilmu yang mempelajari tentang lingkungan racun yang ada di dalam suatu perairan atau bisa dikatakan juga ilmu yang mempelajari tentang racun-racun di perairan. Racun dihasilkan dari (sumber-sumber racun yaitu) : (1) Dari industri dalam suatu perusahaan, (2) Dari bahan pertanian, (3) Dari industiy rumah tangga. Racun adalah bahan kimia yang dalam relatif sedikit sudah berbahaya kepada makhluk hidup. Toksik atau tidaknya suatu zat ditentukan oleh kuantitas zat tersebut, contoh Garam dapur (NaCl) dalam jumlah banyak akan menjadi toksik bagi tubuh. Kuantitas juga sangat menentukan yaitu jika dalam jumlah sedikit akan sangat berguna bagi tubuh manusia untuk melakukan metabolisme. Ada istilah yang disebut dengan kontaminasi yaitu masuk atau dimasukkannya zat pencemar ke dalam lingkungan yang masih berada di bawah nilai ambang batas dan tidak membahayakan kepada peruntukkannya (kepada siapa). Ada juga istilah yang disebut dengan Pencemaran atau keracunan yaitu masuk atau dimasukkannya bahan atau zat pencemar ke dalam suatu perairan yang melebihi nilai ambang batas. Chapman, L.H nomor 82 membagi kriteria nilai ambang batas bahan kimia dalam suatu perairan (suatu zat kapan dikatakan sebagai pencemar dan dapat mengganggu untuk peruntukannya). Contoh : Air bisa untuk makhluk hidup yang ada di perairan begitu juga dengan manusia.

Ancaman PerairanAda beberapa faktor yang menjadi ancaman bagi suatu perairan yaitu :1. Air menjadi kotor karena :a. Adanya nutrien atau nutrisi berlebihan (kandungan N,P dan K berlebihan) yang dapat membahayakan bagi perairan.b. Banyak senyawa organik sintetis yang ikut masuk ke dalam perairan dan juga sampah (plastik juga termasuk ke dalamnya). Plastik dan Ban merupakan bahan organik, plastik mengandung senyawa polyetilen. Senyawa organik adalah senyawa ikatan karbon-karbon, contoh : C5H8 (Polysterine). Logam juga termasuk ke dalamnya mulai dari logam ringan sampai logam berat. Logam berat (heavy metal) adalah logam yang memiliki densitas lebih besar atau sama dengan lima sedangkan logam ringan (light metal) adalah logam yang memiliki densitas lebih kecil atau sama dengan lima. Densitas (Density) adalah massa jenis suatu benda dibagi dengan berat atom. Contoh senyawa organik lainnya adalah senyawa hidrokarbon, minyak, lemak. Hidrokarbon yang utama adalah polysiklik hidromatik (hidrokarbon yang beracun).Nutrien yang berlebihan bisa dipandang menguntungkan dan bisa juga merugikan. Sebagai Contoh Jika hara yang berlebihan masuk ke perairan akibatnya akan terjadi blooming dan menghancurkan plankton tertentu. Tetapi untuk tumbuhan air, hara yang berlebihan dapat menyebabkan tumbuhan air bertambah banyak. Tumbuhan air ini merupakan makanan primer atau makanan pokok bagi ikan-ikan berukuran kecil. Akibatnya akumulasi iakn semakin meningkat atau semakin tinggi, tangkapan nelayan juga akan semakin meningkat dan kesejahteraan nelayan juga akan semakin meningkat atau semakin tinggi (dipandang dari satu segi). Jika dipandang dari segi Tim Pengelolaan Air, badan air digunakan sebagai sumber air minum dan ada juga ganggang tertentu yang pertumbuhannya pesat atau cepat sehingga mengganggu Tim Pengelolaan Air Minum dan juga dapat menganggu pengelolaan air minum tersebut. Jadi tidak selalu pencemaran tersebut merugikan, ada juga keuntungannya (profit). Yang dipelajari secara menyeluruh adalah :Sumber Pencemar Fisik

Per airan Perubahan Kimia Air Makhluk Perairan

Biologi PeracunanManusia

Perubahan yang terjadi tersebut bisa disebabkan oleh adanya peracunan yang sumbernya berasal dari industry baik industry rumah tangga maupun industry dalam suatu perusahaan. Sebagai contoh Industri Tepung Tapioka tidak mengandung senyawa logam tetapi memiliki DO yang cukup tinggi yaitu sekitar 45.000 miligram per liter. DO yang tinggi ini juga akan mengancam biota atau organisme. yang ada di perairan. BOD yang tinggi juga akan meningkatkan pencemaran di suatu perairan. BOD minimal dalah 1000 sampai 2000 miligram per liter. Perairan merupakan tumpuan dari pencemaran baik yang berasal dari udara maupun dari darat. Oleh sebab itu, kita harus menjaga kelestarian wilayah perairan.

KULIAH 2Prinsip Dasar Perilaku Pencemar

Jalur yang dilewati pengaruh dari bahan pencemar yaitu :Pencemar (Sifat Fisik, Kimia)

SumberJalur-jalur dan fluktuasi biogeokimia

Transpor/Transformasi Udara AirTanah/Sedimen

Tingkat Lingkungan

Distribusi

Respon Makhluk Hidup Makhluk Hidup

Sifat Fisik PolutanSifat Biokimia Polutan

Toksisitas/Kondisi Sub lethal-LethalBiotransformasi, Bioakumulasi, Perpindahan rantai makanan

Populasi, Komunitas, dan Ekosistem Dinamika Populasi [Berkembang biak, Imigrasi, Mortalitas]

Perubahan dan Fungsi Ekosistem [ Diversitas Spesies, Hubungan dengan Pemangsa]

Perubahan Ekosistem [Fotosintesis, Sirkulasi Hara]

Gambar 1.1. Gambaran diagramatik dampak pencemaran pada komponen dan fungsi ekosistem almaih (Beberapa sebab kekhasan atau berubah oleh, perubahan, dicirikan dalam tanda kurung)

Peralihan LingkunganPerilaku Pencemar ada hubungannya dengan dinamika lingkungan termasuk air, udara, tanah dan sedimen (kompartemen-kompartemen udara, air, tanah dan biota). Sifat bahan pencemar dan bagaimana penyebarannya perlu untuk diketahui begitu juga dengan laju perpindahan zat kimia dan energi dari kompartemen tersebut. Peralihan Lingkungan dapat diartikan sebagai bertemunya kompartemen-kompartemen tersebut dan berinteraksi melewati batas umum, contoh udara ada batasnya dengan air, air ada batasnya dengan tanah dan seterusnya. Bahan pencemar tersebut melewati/melalui batas peralihan antar kompartemen dan pada akhirnya tercapailah suatu keseimbangan. Zat kimia akan menerobos batas peralihan antar kompartemen tersebut kemudian terjadilah perpindahan panas dan perpindahan massa melewati batas daerah peralihan lingkungan yang dapat dinyatakan sebagai suatu keadaan keseimbangan/dapat mencapai suatu keseimbangan. Keseimbangan kimia maupun panas keduanya dianggap hanya dapat terjadi pada daerah batas peralihan.

Proses PengangkutanPengangkutan dan perubahan bentuk pencemar di lingkungan dihubungkan dengan beberapa hal yaitu (1) sifat-sifat fisika-kimia pencemar, (2) proses pengangkutan di dalam lingkungan, dan (3) proses perubahan bentuk pencemar. Masuknya suatu zat kimia ke dalam lingkungan akan menyebabkan perpindahan antar kompartemen untuk membentuk keseimbangan yang bergantung pada sifat fisika dan kimia zat tersebut. Dengan demikian juga akan merubah sifat fisika-kimia lingkungan termasuk perairannya. Sebagai contoh, dalam pergerakan suatu zat kimia yang melewati batas peralihan air tanah, sifat-sifat seperti kelarutan, koefisien partisi dan panas larutan merupakan faktor-faktor yang nyata. Dinamika dari perpindahan zat kimia beracun akan dapat menetukan sejauh mana dia bergerak, apakah dia dalam bentuk larutan, dalam bentuk partikel atau bentuk lain (bentuk DAS). Akhirnya diketahui bahwa terjadi perubahan bentuk bahan pencemar (bisa berubah secara masing-masing dan bisa juga berubah secara serentak) yang merubah suatu ekosistem untuk mendegradasi atau menguraikan. Bahan yang terus tersuspensi di dalam air (sifat fisik tersebut) menentukan beberapa hal yaitu : (1) Makin tinggi kadar tersuspensi maka makin banyak sinar matahari yang akan diserap, (2) Air yang banyak mengandung bahan-bahan tersuspensi, dia tidak homogen seperti air murni tetapi akan membentuk strata-starata. Air yang tersuspensi tinggi akan mengurangi kadar oksigen (O2). Kadar Oksigen di dalam air tidak bisa melebihi batas yang sudah ditentukan. Kadar Oksisgen terlarut maksimum adalah 12-14 % dan Luas permukaan dari bahan tersuspensi bergantung kepada ukuran partikel. Partikel ukuran kecil lebih luas daripada partikel yang berukuran besar. Keragaman pengaruh permukaan, kation dan anion, dan senyawa organik dapat diserap pada permukaan partikulet yang kuat terutama beberapa jenis pestisida dan logam berat. Dengan demikian, pengaruh biologisnya akan berubah. Dapat diketahui mengapa hewan yang hidup di dasar perairan memiliki logam berat yang lebih tinggi dibandingkan dengan hewan yang bermigrasi ke permukaan? Dalam penelitian tentang pertanyaan di atas, kurang dijadikan indikator sebagai bahan pencemar di sustu perairan. Karena bahan pencenar jatuh ke bawah dan mengendap di bawah sehingga organisme yang ada di dasar perairan menyerap bahan pencemar tersebut. Bahan yang tersuspensi menghalangi cahaya untuk masuk ke dalam suatu perairan.

Strata-strata (menyerap cahaya yang akan

Air Biasa atau Air Murni mengganggu

A1 proses fotosintesis)

A3A2

NASIB (FAT) Zat Kimia di LingkunganNasib maksudnya disini adalah bahan kimia yang masuk ke dalam lingkungan akan menjadi seperti apa? Terdapat sejumlah proses lingkungan yang menentukan nasib zat kimia di lingkungan perairan, atmosfer dan daratan. Perairan merupakan tumpuan bahan pencemar yang berasal dari udara dan daratan yang akhirnya (ujung-ujungnya) akan masuk kembali ke perairan. Proses pengangkutan dan perubahan bahan pencemar yaitu :

Yang sangat kompleks terjadi adalah dalam proses metabolisme di dalam tubuh organisme atau biota yang dapat merusak enzim sehingga merusak biologi. enzimContoh : A + BC (Normal) enzim + logam berat A + BBenda-benda asing (senyawa yang aneh-aneh) Senyawa ini merupakan senyawa yang berbahaya yang dapat merubah sel-sel tubuh menjadi sel-sel yang bersifat kanker. Di dalam sel tidak terjadi pembakaran secara langsung dengan oksigen. Contoh : A + [H] A [H] reduksi Proses/ Reaksi ini yang terjadi A [H] A + [H] di dalam sel. oksidasiPerubahan Bentuk dapat digambarkan secara sederhana sebagai berikut :

Tabel 2.1. Kompartemen Lingkungan dan ProsesnyaKompartemenPerpindahanPerubahan Bentuk

UdaraPerpindahan meteorologisDifusi dan DispersiPresipitasi/JatuhanFotolisisOksidasi

AirPenyerapanPenguapanPengambilan BiologisFotolisisHidrolisisOksidasiMetabolisme/Biodegradasi

TanahPenyerapan dan SedimenAliranPenguapanPencucianPengambilan BiologisHidrolisisOksidasiFotolisisReduksiMetabolisme/Biodegradasi

Sumber : Mill (1980). Dicetak ulang dengan izin dari Ann Arbor Science Publishers,Inc.

Tabel 2.2. Proses di Lingkungan dan Sifat-sifatnyaProsesSifat-sifat

Perpindahan FisikPerpindahan MeteorologisKecepatan angin

Pengambilan BiologisBiomassa

PenyerapanKandungan organik tanah atau sedimen, kandungan massa sistem perairan

VolatilisasiGerakan perputaran, laju penguapan, koefisien aerasi kembali kandungan organik tanah

AliranLaju Presipitasi

PencucianKoefisien penyerapan (adsorpsi)

JatuhanKepekatan partikulat, kecepatan angin

KimiawiFotolisisPenyinaran matahari, transmisivitas air atau udara

OksidasiKepekatan oksidan dan penghambat

HidrolisispH, kebasaan atau keasaman tanah atau sedimen

ReduksiKepekatan oksigen, kepekatan ion besi dan keadaan pengompleksan

BiologisBiotransformasiPopulasi mikroorganisme dan tingkat aklimasi

Sumber : Mill (1980). Dicetak ulang dengan izin dari Ann Arbor Science Publishers,Inc.

KULIAH 3

Daya Tahan Bahan Pencemar di Lingkungan

Bahan Pencemar pada suatu kompartemen akan mengalami pencemaran pada saat setengah bagian dari lingkungan tersebut hilang atau yang dinyatakan dengan waktu paruh dan waktu paruh tersebut mencirikan daya tahan suatu pencemar di lingkungan dan bila terjadi penambahan yang berkesinambungan ke suatu kompartemen, misalnya ke tempat pembuangan limbah ke sungai. Waktu Paruh adalah waktu yang dibutuhkan untuk menghilangkan setengah dari lingkungan tersebut yang dilambangkan dengan T atau T/2. Dalam hal itu, daya tahan tersebut diukur sebagai kepekatan keseimbangan proses pemasukan dan pengeluaran.

Pengaruh Penyerapan Bahan KimiaSifat bahan kimia di lingkungan mencakup beberapa mekanisme, misalnya penyerapan dapat balik baik pada sedimen tanah maupun partikulet yang lain. Laju pengurangan suatu senyawa merupakan pengaruh bersih laju penyerapan suatu kompartemen, bila kepekatan yang tinggi maka penyerapan akan lebih lama. Untuk mengetahui perilaku pencemar, kita perlu mengetahui pengertian dari kelarutan. Kelarutan didefenisikan sebagai sampai batas mana suatu zat kimia bercampur dengan suatu cairan membentuk satu sistem yang homogen. Kelarutan air adalah suatu sifat yang hakiki untuk suatu pencemar dan merupakan faktor penentu dalam pengangkutan zat pencemar di lingkungan perairan. Komponen zat kimia yang padat memiliki kelarutan yang rendah dibandingkan dengan zat kimia yang cair. Senyawa yang berbentuk padat pengaruhnya lebih lama dari pada yang berbentuk cair. Senyawa kelarutan benzene memiliki berat molekul 78 dan daya kelarutan 1780 mg/liter. Senyawa lain seperti DDT (Dichloro Diphenyl Trichlorethan) memiliki berat molekul 355 dan daya kelarutan 0,0012 mg/liter. Contoh Senyawa lain yaitu Merkuri (Hg) memiliki berat molekul 201 dan daya kelarutan 3 x 10-2 mg/liter.

Bagaimana Proses Pengangkutannya?Penyebaran pencemar di lingkungan perairan sangat dipengaruhi oleh proses pengangkutan maupun proses lingkungan yang aktif dan interaktif, contoh pencucian, presipitasi dan penguapan. Resiko dari adanya penguapan adalah menurunkan kepekatan sedangkan resiko dari adanya pencucian dan aliran adalah meningkatkan kepekatan. Yang menguap adalah zat pencemar tersebut bukan air yang ada di sungai, danau maupun laut. Penguapan untuk benzene adalah 4,81, penguapan untuk DDT adalah 73,9 sedangkan penguapan untuk merkuri adalah 7,53 yang diperhitungkan berdasarkan waktu paruh pada kedalaman air satu meter. Penguapan dari air ke atmosfer terjadi pada bahan pencemar dengan kelarutan yang rendah. Penguapan biasanya diperlakukan sebagai suatu sistem keseimbangan dan akan menuju kepada keseimbangan. Namun demikian, hilangnya suatu zat kompartemen dalam lingkungan akan menghilangkan kontak permukaan. Laju penguapan zat kimia sebanding dengan aerasi Oksigen (O2) dari larutan yang sama dan lingkungan yang sama.

Proses Perubahan BentukAda beberapa kegiatan dalam proses perubahan bentuk yaitu Hidrolisis; Fotolisis; Degradasi terutama dilakukan oleh mikrobiologi seperti bakteri, virus dan jamur; dan Oksidasi (Proses Perubahan Bentuk). Hidrolisis adalah masuknya gugusan hidroksil ke dalam suatu bahan kimia. Contoh Hidroksil adalah RX + H2O R(OH) + HX. (X) merupakan kelompok senyawa-senyawa yang tergolong bahan kimia. Dan untuk beberapa senyawa, laju hidrolisis berbeda-beda kecepatannya mulai dari yang paling cepat yaitu 23 detik dan yang paling lambat adalah 7000 tahun (menghidrolisis 1 ppm membutuhkan waktu 1000 tahun). Contoh Karbon Tetraklorida (CCl4) ditentukan oleh suhu dan pH. Beberapa senyawa organofosfat di dalam larutan air akan secara cepat menurun dengan meningkatnya suhu pada nilai pH yang ekstrim (dekat dengan angka 1 dan 2 atau 13 sampai 14). Struktur molekul dari senyawa penyusun memiliki suatu pengaruh penting terhadap laju hidrolisis dalam golongan pencemar tertentu, contoh : golongan karbamat (bahan yang sangat beracun dan persisten terhadap bahan pencemar). Golongan karbamat ini memiliki pengaruh yang sangat luas (broad spectrum). Contoh produk yang memiliki bahan aktif karbamat yaitu baygon. Fotolisis di lingkungan bergantung kepada energi penyinaran matahari, spektrum penyerapan molekul dan adanya fotosensitisasi dalam lingkungan. Sinar-sinar yang dikatakan sebagai sinar tampak (visible light) dengan panjang gelombang 240-700 nm bisa memutuskan ikatan kimia racun. Perubahan fotokimiawi yang dirangsang oleh cahaya matahari meliputi tiga tahapan yaitu : (1) penyerapan radiasi dengan panjang gelombang tertentu dan terjadinya suatu keadaan yang disebut dengan tereksistasi yaitu bebasnya elektron dari suatu ikatan kimia yang berenergi. Jika elektron yang tereksistasi kembali ke tempatnya semula disebut dengan elektron deeksistasi. (2) Proses awal fotokimia yang mencakup perubahan bentuk keadaan tereksistasi secara elektronik dan deeksistasinya serta (3) reaksi sekunder dari berbagai jenis senyawa kimia yang mungkin dihasilkan oleh proses awal fotokimiawi. Penyerapan dalam daerah ungu dengan panjang gelombang 300 mikro meter dan daerah merah dengan panjang gelombang sekitar 700 mikro meter selalu dihubungkan dengan adanya ketidakjenuhan cincin-cincin aromatik. Umumnya senyawa=senyawa beracun mengandung ikatan yang berbentuk siklis dan mengandung ikatan tidak jenuh, contoh : senyawa DDT.

Cahaya Matahari H+ H+ H yang kehilangan 1 elektronH2O OH OH- e- Elektron yang tereksistasi

e- memiliki energi yang tinggi dan segera ditangkap oleh senyawa lain. e- biasanya pindah dari satu senyawa ke senyawa yang lain, tujuannya adalah untuk menghimpun energi.

CHIkatan tidak jenuhbukan ikatan rangkapCHCH C6H6

CH CH

CH

CH2Ikatan jenuh

CH2 CH2 C6H12 (Benzen)

CH2 CH2

CH2

C yang belum terisi bisa diisi oleh gugusan yang lain (Ikatan tidak jenuh). Yang berbentuk siklis ada dua macam yaitu benzene dan pirol. Racun sama dengan perangsang, contohnya pada obat-obatan tetapi dalam konsentrasi yang rendah. pirol ring (cincin pirol)

Fotolisis langsung zat kimia dalam air bisa terjadi di atmosfer atau bisa terjadi di atas permukaan tanah. Oksidasi juga terdapat di alam (dalam air) dan hal yang berlawanan dengan itu disebut dengan reduksi.Sistem RedoksBentuk kimiawi dari banyak pencemar lingkungan diubah oleh (1) ciri-ciri oksidasi-reduksinya dan (2) kemampuan mengoksidasi dan mereduksi lingkungannya. Keadaan redoks suatu daerah dirumuskan sebagai kecenderungan untuk memberikan atau menerima elektron. Keadaan redoks juga sangat mempengaruhi beberapa proses degradasi senyawa organik.

Proses BiodegradasiProses biodegradasi adalah proses penguraian yang dilakukan secara biologis oleh makhluk hidup terutama oleh mikroorganisme seperti ganggang, bakteri, virus, jamur, alga dan protozoa. Reaksi-reaksi itu banyak mencakup reaksi reduksi, reaksi oksidasi dan reaksi hidrolisis. Kegiatan reduksi dan oksidasi banyak dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti bentuk rumus bangun molekul, kepekatan pencemar terhadap lingkungan, sifat alamiah mikroorganisme dan keadaan lingkungan itu sendiri yang dipengaruhi oleh suhu. Proses biodegradasi juga merupakan proses pemutusan ikatan karbon-karbon pada senyawa itu sendiri. Di dalam sel, banyak yang disebut sebagai makromolekul yaitu molekul-molekul dengan rantai C yang panjang. Makromolekul ini kemudian akan dipecahkan/dipatahkan dan pematahan rantai karbon (C) inilah yang menghasilkan energi.

Cahaya Matahari disinilah tempat energi tersebut

CO2 + H2O C--C--C--C--C--C

e5 e4 e3 e2 e1

Putus oleh mikrobaPerilaku Pencemar di atmosferTekanan uap suatu pencemar merupakan suatu parameter yang berguna untuk mengetahui sejauh mana zat-zat tersebut akan diangkut ke atmosfer. Tekanan uap dapat dipandang sebagai kelarutan zat di udara. Tekanan uap dapat menjelaskan pengangkutan potensial zat-zat kimia ke atmosfer melalui penguapan. Adanya penyerapan di permukaan air dan tanah akan mengurangi hilangnya uap ke udara. Pengangkutan gas ke atmosfer bisa terjadi secara basah dan bisa juga terjadi secara kering. Pengangkutan gas ke atmosfer ini dipengaruhi oleh banyak faktor yaitu bentuk fisik pencemarnya (misalnya aerosol, padatan terserap atau aerosol cair). Contoh aerosol cair adalah baygon.

Proses Perubahan bentukProses perubahan bentuk yang terjadi pada atmosfer adalah sangat rumit dan umumnya diinduksi oleh pengaruh sinar matahari di atmosfer terutama fotolisis. Proses perubahan bentuk dapat dibagi menjadi 2 kategori utama yaitu (1) fotolisis dan (2) reaksi zat kimia dengan spesies lainnya. Fotolisis bertangungjawab terhadap degradasi bahan kimia beracun yang menyerap radiasi sinar ultraungu-tampak. Banyak spesies molekul-molekul yang mempunyai energi ikatan kira-kira sama dengan energi sinar matahari pada kedalaman laut dimana sinar matahari tersebut masih dapat menembus atau menerobos. Makin besar energi matahari yang menimpa maka kegiatan reaksi fotolisis akan semakin tinggi dan banyak dalam keadaan tereksistasi. Reaksi dengan zat-zat kimia lain menyangkut reaksi zat-zat kimia di lingkungan dengan radikal hidroksil (OH) dan Ozon (O3). Secara keseluruhan, reaksi dengan zat-zat kimia ini juga akan mengatur laju redoks tersebut.

Referensi :Jenelov, A; A. Beijer and L. Soderlund. 1978. General Aspect of Toxicology. Swedish Water and Air Poll. Stockholm, Sweden.Soegiarto, A. 1985. Pencemaran Laut dan Pengaruhnya terhadap kehidupan hayati. LON-LIPI, Jakarta.Burbridge; Koesoebiono. 1988. Proceeding Symposium on Environmental Research Coastal Zone Mangement in Strait of Malaces. School for Research and Environmental Studies. Dalhouse, Canada.Munn, R.E. 1973. Global Environment Monitoring System. Toronto, Canada.

KULIAH 4

Interaksi Tanah, Sedimen dan PencemarTanah dan Sedimen merupakan satu kesatuan yang berperan dalam pengangkutan dan penghilangan bahan pencemar lingkungan dan pada umumnya berfungsi sebagai penyedia permukaan penyerapan (daerah absorpsi hara terdapat di permukaan sedimen), sebagai pencuci pencemar (bahan-bahan kimia/pencemar akan diabsorpsi oleh daerah sedimen), sebagai sistem penahan atau penyangga (buffer). Contoh : Di Laut terdapat pertumbuhan barrier reef yang besar sebagai penyangga dari ombak laut. Di kota Manado terdapat berbagai jenis terumbu karang (coral reef) yang sangat indah dan menarik perhatian.Proses penyerapan oleh sedimen-sedimen ditentukan oleh beberapa hal yaitu :a. Ciri struktur zat kimiab. Kandungan bahan organik tanahSemakin tinggi kandungan bahan organik dalam tanah maka proses penyerapan unsur hara akan semakin cepat meningkat dan semakin rendah kandungan bahan organik maka proses penyerapan unsur hara akan semakin menurun.c. pH mediad. Ukuran partikele. Kapasitas Pertukaran ElektronSemakin tinggi kapasitas elektron maka semakin mudah zat kimia terserap, semakin rendah kapasitas elektron maka semakin sulit zat kimia terserap.f. SuhuSuhu bersifat tidak general (tidak umum) dan bergantung kepada bahan pencemar.Penyerapan zat kimia/zat hara dalam tanah sangat berhubungan dengan perbandingan karbon organik yang ada. Contoh karbon tidak organik yaitu CO2 (Karbon dioksida), Karbon tetraklorida (CCl4) dan Karbon monoksida (CO). Yang menentukan proses penyerapan zat kimia dalam tanah adalah sifat zat kimia dan sifat zat penyerapnya.

Pencucian (Leaching)Zat kimia dalam tanah mengalami pergerakan/bergerak, ada yang dikatakan sebagai difusi zat-zat kimia dan ada juga dengan pengangkutan massa. Difusi adalah Pergerakan/ bergeraknya zat-zat kimia dari konsentrasi yang tinggi ke konsentrasi yang rendah. Pergerakan massa adalah kation-kation air yang dibawa secara bersama-sama dengan massa air. Pencucian akan mengurangi kepekatan, dengan pencucian juga akan meningkatkan pencemaran di perairan bebas. Pergerakan yang nyata menyebabkan pencucian dapat mengurangi kepekatan pencemar dalam tanah dan sedimen dan juga dapat menyebabkan masalah pencemaran air tanah; sebagai contoh pencucian ion-ion dan senyawa organik dari tempat pembuangan tanah. Koefisien penyerapan suatu zat kimia menunujukkan kemampuan penyerapan. Pada umumnya, jenis polar lebih mudah bergerak di dalam tanah.

PenguapanPenguapan adalah perubahan wujud dari cair ke gas atau dari padat ke gas. Laju penguapan suatu pencemar dari permukaan tanah dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu :a. Penguapan dari air itu sendirib. Keadaan atmosfer, hal-hal yang mempengaruhi adalah :1. Suhu2. Kecerahan atmosferKeadaan berawan suhunya akan semakin tinggi.3. Kelembaban Relatif (RH)RH tinggi, penguapan tinggi, kandungan air tinggi dan suhu rendah sedangkan RH rendah, penguapan rendah, kandungan air rendah dan suhu tinggi.c. Interaksi antara zat kimia dengan tanahd. Kepadatan tanahPerubahan bentuk zat kimia dan sedimen melalui degradasi oleh mikroba dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu : 1. Kepekatan Zat Kimia (normalitas merupakan alat pengukur kepekatan)2. SuhuAktivitas mikroba juga dipengaruhi oleh suhu, setiap mikroba memiliki suhu optimum dan minimum.3. Kelembapan4. Kedaan anaerobDalam keadaan anaerob akan mudah untuk didegradasi.5. Kandungan zat organik dalam tanah.

Masuknya suatu pencemar ke dalam ekosfer akan menyebabkan gangguan terhadap kompartemen lingkungan (keadaan kompartemen menjadi tidak menentu). Untuk sistem biologis, hal ini bisa terjadi pada berbagai tingkat organisasi dan antara sederetan kompartemen yang berbeda, misalnya terhadap air, ikan, darah, jaringan lemak, mikrosom dan sitosol. Sitosol adalah sitoplasma sel/sel sitoplasmik( benda yang tidak terdeteksi yang ada di dalam sel, misalnya lisosom). Lisosom adalah organel-organel dalam sel yang berfungsi sebagai pencerna (yang menghancurkan bagian-bagian sel yang tidak berguna). Organel-organel dalam sel (sub-seluler) dan kerja dalam satu sel tersebut sangat terorganisasi (terjadi secara bersama-sama). Sebelum zat pencemar masuk ke dalam tubuh makhluk hidup, dia harus melewati suatu membran sel yang merupakan bagian sitoplasma yang paling luar (ectoplast atau disebut juga plasmolemma, membran plasma, cytoplasmic membran). Membran sel merupakan organel yang mengatur keluar masuknya zat dalam sel sehingga membran sel sangat penting. Membran biologis sangat tipis dengan tebal sekitar 100 Angstrom. Membran sel dalam teori-teori terdiri atas dua komponen yang disebut sebagai protein dan lipid (lemak). Asam amino mengandung NH2, yang tidak mengandung NH2 yaitu Cystein dan Methionin (mengandung sulfur). Protein

Lipid100AN GSDouble LayersTRLipidOM

Protein

Masuknya zat melalui membran dipengaruhi oleh ketebalan membran, koefisien difusi dan permeabilitas membran. Ada beberapa hal yang berhubungan dengan itu yaitu Difusi. Difusi terjadi melalui protein pembawa (protein carrier). Ada beberapa jenis difusi yaitu : Difusi aktif, difusi pasif dan difusi sederhana. Difusi aktif (active diffusion) merupakan mekanisme pengambilan dengan menggunakan energi ATP, difusi pasif (passive diffusion) merupakan mekanisme pengambilan yang penting untuk zat-zat kimia, sedangkan difusi sederhana (simple diffusion) adalah difusi yang terjadi melalui celah-celah antara protein dan lemak. Channel ProteinDaerah Donor ProteinCelah

Daerah Reseptor Protein Pembawa

Simple Difusion (Difusi Sederhana)Pengangkutan melalui FiltrasiMekanisme pengangkutan melalui membran berpori akibat aliran air karena berbedanya potensial air. Jumlah kerja yang diperlukan untuk memindahkan satu molekul air dari satu titik ke titik yang lain berlawanan dengan air murni. Potensial air diartikan secara luas sebagai kandungan air, dengan kata lain air akan berpindah dari potensial tinggi ke potensial rendah. Contoh peristiwa Osmose. Peristiwa Osmosis dijelaskan dengan dua cara yaitu (1) Tekanan Osmosis yaitu tekanan yang ada di dalam cairan tersebut oleh zat-zat terlarut dan ion-ion yang terdapat di dalamnya. Senyawa yang memiliki tekanan osmosis yang tinggi mempunyai potensial listrik yang tinggi dan akan dapat menarik senyawa dengan potensial listrik yang rendah. (2) Dengan potensial air. Air akan berpindah dari potensial yang tinggi ke potensial yang lebih rendah, sama dengan volume air (semakin banyak air maka semakin tinggi potensialnya). Berbeda dengan tekanan turgor (teori-teori ini sangat penting dikuasai).

B A2,5 % Gula 5,0 % Gula97,5 % Air 95 % Air Selaput Semi Permeabel

KULIAH 5

Sistem Pengangkutan Khusus

Ada kalanya zat kimia sulit larut dalam lemak, dengan sendirinya juga akan sulit melewati membran, apalagi melalui difusi pasif (tidak bisa berjalan). Untuk itu ada suatu pengangkutan khusus yang disebut pengangkutan aktif (menggunakan energi ATP). Contoh pengangkutan aktif yaitu melalui suatu perantara (carrier=pembawa) atau carrier protein (protein pembawa). Suatu sistem pengangkutan aktif memiliki ciri-ciri sebagai berikut : (1) zat-zat kimia bergerak melawan elektrokimiawi; (2) pada kepekatan substrat yang tinggi, sistem pengangkutan dijenuhkan dan terjadi pengangkutan yang maksimum; (3) sistem pengangkutan bersifat selektif, termasuk hambatan persaingan, dan (4) sistem memerlukan pemakaian energi sehingga penghambat metabolik menghentikan proses pengangkutan tersebut. Pada umumnya transport aktif menggunakan energi dari ATP. Contoh : Gula. Diduga di carrier (pembawa) tersebut, ada zat pembawa yang mempu menembus atau melewati membran tetapi pada prinsipnya adalah energi yang digunakan untuk menembus membran tersebut.

ATP ADP Gula Gula (P)

Tidak aktifAktif

ATP

FOSFOKINASEP AC Luar Membran

SITOPLASMA MITOKONDRIA CIC p IC

FOSFATASE Senyawa/ion

P kimia

Membran Sel

IC: Inactive CarrierACP (Active Carrier Phosphate): Ikatan Berenergi Potensial Listrik lebih tinggiCIC (Complex Ion Carrier)

P: Fosfat Organik Berenergi tinggi

Pi: Fosfat Anorganik Berenergi rendahMitokondria: sebagai penghasil energi.

Proses BioakumulasiMakhluk hidup mempunyai kemampuan untuk menyimpan pencemar tetapi pencemar akan merusak makhluk hidup itu sendiri. Pencemar tersebut berada pada satu rantai makanan ilmiah. Dengan adanya rantai makanan tersebut, racun atau pencemar akan berpindah kepada tingkatan trofik yang lebih tinggi. Retensi atau ketahanan suatu pencemar tergantung kepada waktu paruh biologisnya. Jadi, suatu pencemar harus menunjukkan daya tahan yang relatif tinggi terhadap penghancuran atau pembuangan oleh makhluk hidup untuk memungkinkan waktu pengambilan yang cukup agar tercapai kepekatan yang tinggi. Ada tiga cara yang diterapkan dalam proses bioakumulasi ini yaitu : (1) Bioakumulasi adalah pengambilan dan retensi pencemar oleh makhluk hidup dari lingkungan melalui suatu mekanisme atau lintasan tertentu; (2) Biokonsentrasi adalah pengambilan dan retensi pencemar langsung dari massa air oleh makhluk hidup melalui molekul jaringan seperti insang atau jaringan epitel; (3) Biomagnifikasi adalah proses dimana pencemar bergerak dari satu tingkat trofik ke tingkat trofik lainnya dan menunjukkan peningkatan kepekatan dalam makhluk hidup sesuai dengan keadaan trofik makhluk hidup tersebut. Dalam tubuh makhluk hidup juga terjadi proses pengambilan dan pengurangan pencemaran yang persisten. Proses bioakumulasi dapat dilihat dari suatu keseimbangan antara dua proses kinetika yaitu pengambilan dan depurasi (pelepasan/pembuangan/pengurangan konsentrasi). Contoh pada gambar di bawah ini :

Laju perubahan pencemar dalam kompartemen ditentukan oleh tetapan laju dan volume relatif pada dua kompartemen. Kejadian proses bioakumulasinya yaitu suatu senyawa masuk ke dalam makhluk hidup, individu atau populasi kemudian terbawa oleh metabolik-metabolik abnormal seperti lemak, protein dan zat-zat alamiah lain yang ikut dalam reaksi-reaksi metabolisme dalam sel. Zat tersebut secara kimiawi berperan sebagai perantara dan mengalir melalui suatu sistem dimana zat tersebut nantinya akan disimpan. Zat pencemar berupa pestisida seperti DDT akan bercampur dengan lemak atau dengan suatu logam misalnya stronsium dan juga bersatu dengan kalsium, dan zat-zat tersebut juga akan berakumulasi dalam jaringan. Masuknya zat pencemar ke dalam makhluk hidup terjadi melalui dua fase yang berbatasan yaitu melalui makhluk hidup dan melalui air, dan semua makhluk hidup terdiri dari fase-fase ganda, ada yang dikatakan sebagai hidrophobik (tidak suka air) termasuk ke dalamnya lemak yang aktivitasnya relatif rendah.

BiomagnifikasiBiomagnifikasi jumlahnya diperbanyak dalam makhluk hidup itu sendiri. Hasil penelitian menunjukkan bahwa elang memiliki bahan pencemar DDT yang tinggi padahal elang tidak memiliki kontak langsung dengan DDT. Pencemar DDT rentan terhadap degradasi dan tetap berada dalam makanan, akibatnya bahan makanan tersebut akan terganggu respirasinya untuk menghasilkan energi. Kandungan energi pada setiap tingkatan trofik mendekati 90 % lebih kecil dari tingkat di bawahnya. Kepekatan pencemar itu akan mendekati kelipatan sepuluh pada setiap tingkatan trofik yang dilalui oleh pencemar, akibatnya terjadi peningkatan kepekatan yang bertahap dalam makhluk hidup berhubungan dengan keadaan trofiknya. Pada tingkat trofik yang rendah, fitoplankton mengambil pencemar yang seimbang dengan air. Saat fitoplankton dimakan oleh suatu herbivor dapat terjadi hal sebagai berikut : (1) fitoplankton merupakan satu-satunya sumber pencemar, (2) pencemar tersebut belum termodifikasi secara kimiawi, (3) diperlukan waktu yang cukup untuk mencapai keseimbangan. Pada makhluk hidup, keseimbangan terjadi antara lambung dan lingkungan luarnya. Jadi, suatu peningkatan kepekatan yang berurutan dapat diharapkan terjadi dalam rantai makanan pada tingkat trofik yang lebih tinggi. Bioakumulasi dapat memperlihatkan keragaman yang besar di antara makhluk-makhluk hidup. Dalam lingkungan alamiah, derajat biomagnifikasi merupakan suatu fungsi yang rumit dipandang dari : (1) jumlah mata rantai dalam rantai makanan tersebut, (2) jenis-jenis makhluk hidup dalam rantai makanan, (3) keadaan alamiah senyawa yang diakumulasikan, (4) dosis zat pada setiap tingkat rantai makanan, dan (5) lamanya berhubungan atau kontak dengan pencemar. Keseluruhan biomagnifikasi di dalam sistem alamiah tidak menentu. Dalam sistem perairan, pengambilan langsung dari air dan sedimen merupakan proses yang menonjol untuk pencemar yang persisten. Retensi pencemar oleh makhluk hidup berbeda-beda yang ditentukan oleh laju metabolisme dan pengeluaran dalam jaring makanan. Pada jaring makanan yang tidak tersusun tetapi terarah ganda terdapat hubungan pemangsaan mengatur kepekatan yang berbeda pada bahan pencemar di dalam makhluk hidup anggota.

Bahan pencemar semakin sedikit

TBTA

Terarah ganda

T1

Yang paling tinggi

BiotransformasiBeberapa makhluk hidup, khususnya hewan bertulang belakang memiliki jalur metabolik yang dapat mengaktifkan dan menon-aktifkan bahan pencemar terutama untuk beberapa senyawa yang dikenal sebagai senyawa xenobiotik. Senyawa xenobiotik yaitu senyawa kimia dalam tubuh organisme yang jumlahnya tidak normal dan dalam konsentrasi tinggi. Beberapa senyawa xenobiotik terdiri dari dua fase yaitu : (1) Pembentukan metabolisme biasa dengan oksidasi dan berfungsi campuran, (2) Perubahan bentuk menjadi konjugat (conjugate) yang kurang toksis tetapi lebih bersifat hidrofilik (menyukai air). Oksidasi senyawa asing termasuk pencemar dianggap sebagai reaksi utama yang paling penting. Metabolisme oksidasi dari senyawa xenobiotik dilakukan oleh sebuah sitokrom (cytocrome). Sitokrom merupakan suatu senyawa yang hampir mirip dengan tumbuhan (klorofil) tetapi pada intinya adalah Fe meningkat, yang fungsinya di dalam sel adalah sebagai penerima elektron. H+H2O H+ + OH- OH-e ini harus ditangkap oleh senyawa-senyawa yang lain supaya tidak terjadi peningkatan energi listrik.

Sitokrom dikenal sebagai P-450 (Pigmen 450) yang ada pada endoplasmic reticulum. Retikulum Endoplasma adalah organel dalam sel yang di dalamnya terdapat ribosom dan ada juga yang tidak terdapat ribosom. Ringkasnya, reaksi biologis dengan pencemar adalah sebagai berikut : oksidasi yang terikat pada NADH (Nicotinamide Adenin Tineculaticadi Hidrogen) menjadi perantara untuk pemasukan O2 ke dalam zat-zat organik. Sebagai Contoh adalah ikatan-ikatan aromatik dengan sistem perpindahan elektron dimana terdapat sitokrom P-450 membentuk suatu senyawa dengan substrat dan molekul O2.

Dalam tubuh makhluk hidup, metabolit tertentu secara kimiawi akan berinteraksi dengan makromolekul. Contoh RNA dan DNA atau dengan substrat genetik, dan dilibatkan sebagai karsinogen utama yang dapat menyebabkan terjadinya mutagen (mutasi karena gen) dan xitotoksin (toksin-toksin yang dihasilkan oleh sitoplasma sel). Bahayanya adalah kepada sifat menurun. Sistem hewan dapat membentuk (1) asam glukoronat dan konjugat karbohidrat yang berhubungan, (2) konjugat ester sufat, (3) glutationin dan konjugat asam merkapturat yang berhubungan, (4) hasil-hasil metilasi, (5) hasil-hasil asilasi, (6) asam-asam amino dan konjugat-konjugat yang berhubungan, serta (7) sedikit konjugat-konjugat lainnya. Tumbuh-tumbuhan juga dapat membentuk konjugat dengan protein. Pada hewan, konjugat pada umumnya lebih hidrofilik dan lebih siap untuk disekresikan atau diekskresikan daripada senyawa induknya. Sel Pembawa hidrogen terdiri dari dua yaitu NADH dan NADPH.

NADH Nicotinamide Adenin Dinucleotida Hidrogen oksidasi NADPH tidak membawa hidrogen sehingga berubah menjadi keadaan yang reduksi. reduksi NADP

Toksikologi Perairana. Kimia dan Biologib. Perilaku Racun dalam makhluk hidupc. Reaksi Toksikologid. Pengaruh lethal dan sub-lethal

KULIAH 6

Kimia dan Biologi Pencemaran

Perairan merupakan suatu ekosistem yang dinamis dan merupakan ekosistem yang stabil, dengan kata lain tanpa adanya campur tangan manusia. Suatu ekosistem dikatakan stabil apabila energi keluar dan energi masuk seimbang. Dengan demikian flora dan faunanya dalam keadaan stedy state. Hidup dicirikan oleh metabolisme dan steady state; yang termasuk ke dalam metabolisme adalah pengambilan hara, sintesis dan respirasi. Steady state merupakan penjaga keseimbangan, termasuk ke dalamnya reproduksi, adaptasi dan kontrol. Dengan masuknya bahan pencemar ke dalam suatu sistem perairan, sistem ekologinya mulai terganggu. Pada keadaan pencemar yang masih sedikit, ekosistem perairan secara alamiah akan berusaha untuk menormalkannya, istilah ini disebut dengan homeostasi. Namun apabila pencemaran sudah melewati NAB (Nilai Ambang Batas), maka perairan tersebut akan mulai terancam, apalagi bila senyawa zat kimia itu xenobiotik maka akan terjadi asimilasi dalam makhluk pada tingkatan sub-lethal dan lethal. Sub-lethal dan lethal dapat menginduksi serangkaian pengaruh biologis, akibatnya terjadilah gangguan molekuler (senyawa-senyawa yang bersifat makromolekul) dengan mekanisme biokimia yang berinteraksi dengan organel misalnya DNA, RNA melalui perubahan patologis pada tingkat sub-seluler. Pada tingkat seluler, jaringan dan organ tersebut akan memberikan tanggapan perilaku yang dialami oleh tingkatan makhluk hidup apakah dia bolak-balik atau tidak (apakah dia dapat kembali normal). Sangat perlu dipelajari dengan mendalam tentang pengaruh racun terhadap tingkat organisasi sampai kepada populasi, komunitas dan ekosistem. Racun memberikan rangsangan untuk tanggapan terhadap reaksi-reaksi kimia, geologi sel, biosel, sitogenetik, farmakologis, yang menyebabkan timbulnya perubahan patologi akibat adanya interaksi antara organel-organel (sub-seluler) dan enzim. Masalah yang penting dalam toksikologi lingkungan adalah suatu tugas yang rumit karena dalam kenyataannya pengaruh yang dipelajari banyak dalam suasana laboratorium, kenyataannya di lingkungan ada pengaruh yang muncul sedangkan di laboratorium tidak diperoleh adanya pengaruh yang muncul. Untuk itu, perlu dipelajari lebih luas hubungan timbal balik, struktural dan fungsional yang ada pada masing-masing tingkatan organisasi biologis. Dengan demikian, juga akan dapat diketahui hubungan antar tingkatan makromolekul dengan seluler. Perlu didalami juga studi mengenai mekanisme yang mendasar dengan senyawa apa zat-zat racun tersebut dapat merusak makhluk hidup.

Perilaku racun dalam makhluk hidupPerilaku racun dalam makhluk hidup merupakan studi hubungan antara struktur kimia dan senyawa biologis yang memungkinkan terbentuknya mekanisme yang menjelaskan interaksi struktur kimia tertentu dengan proses selular yang spesifik. Dengan metode ini, memungkinkan bagi kita untuk memperoleh estimasi (hubungan) antara struktur dan tindak peracunan. Konsep umum toksisitas dinyatakan dalam kerangka dasar toksikologi yang mencakup suatu fase penggantian dan pengambilan atau dikatakan juga absorpsi racun, tanggapan fisiologis serta perilaku makhluk hidup yang terkena.Pada fase dinamik, zat kimia racun dekat dengan target penerima (akan mempengaruhi enzim, lemak, membran, asam nukleat dan sebagainya). Dalam reaksi-reaksi berikutnya, akan bisa terdapat radikal-radikal bebas (pelepasan ion yang reaktif misalnya ion peroksida atau hidroksil). Ada beberapa hipotesis yang menjelaskan mekanisme toksisitas dengan senyawa asal (senyawa-senyawa yang ada di dalam sel), atau dalam istilah asing disebut juga dengan pre-cursor. Setiap hipotesis mengenai mekanisme toksisitas perlu mengenali kegiatan senyawa asal dan metabolitnya. Mekanisme (A) : Senyawa asal zat racun merusak jaringan hati dan bukan jaringan hati atau senyawa asal yang berada dalam darah. Metabolisme yang berlangsung menjadikan senyawa asal zat beracun bergabung dengan senyawa metabolik yang tidak aktif dan akan terjadi suatu akumulasi dalam makhluk, aksi racun sangat spesifik dan non spesifik. Mekanisme (B) : Toksisitas diinduksi oleh metabolit aktif dan tidak oleh senyawa asal. Metabolit aktif dapat dilepaskan insitu dalam sel dan jaringan hepatitik dan non hepatitik (dalam jaringan hati dan bukan jaringan hati). Ada dua jalur Mekanisme B yaitu Jalur B1 dan jalur B2. Jalur B1 : Metabolisme racun dibentuk insitu dalam jaringan hati, Jalur B2 : dibentuk dalam hati dan diedarkan ke jaringan bukan hati.Tabel 3.1. Rangkuman Beberapa pengaruh Bioimia dan Fisiologis Penting Zat BeracunFungsiTanggapan Toksik

1. Membran SelMengatur laju dan derajat perpindahan zat ke dalam dan ke luar sel.Perusakan atau modifikasi permeabilitas membran, Pengacauan sistem perpindahan dan bercampurnya pembawa dan produksi ATP.

2. EnzimReaksi yang sangat spesifik, tidak ikut dalam reaksi kimia tetapi melancarkan reaksi kimia.Akan terjadi hambatan dapat balik (inhibisi) atau tidak dapat balik dalam sistem enzim itu sendiri (Pengaruh ko-enzim, substrat, logam-logam pengaktif) oleh zat kimia.

3. Metabolisme LemakPenyusun dalam struktur membran sel.Kekacauan metabolisme lemak yang dapat menyebabkan kegagalan fungsi hati, kemampuan lemak untuk mensisntesis kolesterol bisa gagal.

4. Biosintesis ProteinRacun akan menggagalkan proses transkripsi dan translasi yang akan membentuk protein. Transkripsi adalah proses pembentukan DNA dengan menggunakan cetakan.Terjadinya penekanan ribosom yang ada di endoplasmik retikulum dalam pembentukan protein.

5. Sistem Enzim MikrosomalBagian-bagian mikrosom-mikrosom yang ada dalam hati akan dipengaruhi oleh metabolismenya dan akan terjadi pengaruh yang dinamakan biotransformasi.Pergantian dalam fungsi enzim yang ada pada enzim mikrosomal- rangsangan atau hambatan (inhibition).

6. Pengaturan dan PertumbuhanAkan berubah metabolik dan laju biosintesis dan katabolisme yang ada pada komponen sel diatur oleh hormon-hormon dan sistem pengatur lainnya.Kegiatan enzim pengatur dapat diubah oleh sintesis, penyimpanan, pelepasan, pengasingan juga dapat digagalkan oleh zat beracun tadi.

7. Metabolisme KarbohidratGlikolisis yang terjadi di dalam sitoplasma sel, Siklus kreb yang terjadi di mitikondria dan rantai respirasi yang terjadi di mitokondria.Blokir terhadap peristiwa glikolisis karena adanya zat-zat kimia pengganggu dan kegagalan pembentukan karbohidrat.

8. Pernapasan (Respirasi)Peristiwa respirasi terjadi di mitokondria yang dikenal sebagai rantai pernapasan dalam pembentukan energi ATP.Penghambatan atau penggagalan pembentukan ATP karena terhalangnya rantai pengangkutan electron (terputusnya rantai elektron).

Biotransformasi adalah Perubahan sel-sel normal tubuh menjadi sel-sel yang bersifat kanker. Contoh hambatan yang dapat balik maupun yang tidak dapat balik dalam sistem enzim adalah Kalium yang dapat mengaktifkan permeabilitas membran dan kalsium yang dapat menonaktifkan permeabilitas membran (kalium yang tidak dapat mengaktifkan permeabilitas membran). in vivo : dalam keadaan alamiah melakukan penelitian sedangkan in vitro : dalam keadaan laboratorium melakukan penelitian.

Reaksi ToksikologiDalam reaksi toksikologi, yang lebih mendalam dipelajari adalah pada tingkat biokimia, biologi seluler, sitogenetik, farmakologi dan juga dipelajari kemampuan keracunan individu atau kelompok organisme. Sejumlah penelitian secara in-vitro, telah dipelajari interaksi antara biokimia dengan organel, biokimia dengan RNA dan RNA dengan enzim-enzim pada individu. Namun demikian, perlu dipelajari secara utuh bagaimana pengaruh reaksi biokimia secara mendalam. Sesungguhnya reaksi-reaksi racun sangat berpengaruh kepada flora dan fauna di perairan. Ada dua macam dasar reaksi racun yang mencakup senyawa awal atau suatu metabolit sebagai zat aktif yaitu : (1) Kerugian kimiawi yang disebabkan oleh ikatan kovalen tidak dapat balik antara zat kimia dan substrat biologis atau penerima, termasuk ke dalamnya gugusan SH (gugusan riol), ikatan HCN dan H2S, logam-logam lain seperti Kadmium, Merkuri, Prumbum yang menyebabkan reaksi yang disebut dengan reaksi karsinogenik dan metagenik (reaksi yang melibatkan DNA). (2) Reaksi dapat balik, dengan kata lain penerima hanya mengalami perubahan sementara sampai tidak mempengaruhi produk-produk dari terminal reaksi. Pembentukan produk sangat berkaitan sekali dengan DNA (melibatkan DNA). Pelepasan radikal bebas merusak membran biologis yang menyebabkan terbentuknya peroksida dann asam lemak tidak jenuh yang sangat beracun yang dapat berakumulasi di dalam jaringan dan seterusnya yang dapat merusak senyawa penyusun sel yang lainnya.

KULIAH 7

Pengaruh Lethal dan Sub-LethalPengaruh lethal merupakan respon yang terjadi atau tanggapan yang terjadi pada saat zat-zat yang ditinjau dari segi fisika dan kimianya mengganggu proses sub-seluler (organel-organel dalam sel) dan sel. Sub-seluler pada makhluk hidup hanya sampai batas kematian langsung, sulit bernafas atau tidak bernafas, dan tidak dapat lagi bergerak. Pengaruh sub-lethal merupakan pengaruh yang merusak kegiatan fisiologis atau merusak perilaku tetapi tidak mematikan dan biasanya ditandai dengan adanya gangguan proses makan, gangguan pertumbuhan, gangguan perilaku (dari lincah menjadi tidak lincah), kurangnya kemampuan mengkoloni atau sebab-sebab lain yang tidak langsung. Pengaruh lethal dan sub-lethal dapat dialami oleh individu, populasi, komunitas, bahkan sampai tingkat ekosistem. Beberapa pengaruh sub-lethal dikenal dari hal-hal sebagai berikut : (1) terjadi stress akibat pencemaran pada suatu tingkatan organisasi; (2) dikenal melalui kenampakan atas bentuk atau fungsi yang berubah pada tahapan berikutnya dalam perkembangan, dan (3) kenyataan seluruhnya berbentuk potensi ketahanan hidup yang rendah pada suatu tahapan lanjut dari perkembangan. Respon sub-lethal pada makhluk hidup dapat dibagi menjadi sejumlah kategori yaitu : (1) fisiologis, (2) struktur biokimia dari sel tersebut akan berubah, (3) perilakunya berubah, (4) reproduksi atau perkembangbiakan dan banyak lagi yang mempengaruhinya terutama reaksi-reaksi kimia. Pengkajian pengaruh sub-lethal bergantung pada dua faktor penting yaitu : (1) pemilihan parameter fisiologis dan perilaku yang menduga respons ekologis yang nyata; dan (2) pengukuran dengan percobaan terhadap respons sublethal. Faktor-faktor ini harus mencakup pengenalan pengaruh penting yang terjadi pada tahapan kehidupan yang berbeda.

Hubungan antara sub-lethal dan lethalPengukuran kematian dengan menggunakan LC50 atau LD50 bertujuan untuk mengetahui tingkat aman suatu racun yang biasanya digunakan orang untuk kriteria kualitas air atau suatu racun tertentu yang dapat ditentukan Nilai Ambang Batasnya (NAB). Pengaruh sub-lethal merupakan sesuatu yang sulit untuk diuji karena adanya faktor penghambat diantaranya yaitu kondisi percobaan, keadaan makhluk yang diuji secara alamiah. Hubuangan lethal dan sub-lethal dapat digambarkan sebagai berikut:Respon Populasi ada dua macam yaitu respon linier (hubungannya atau korelasinya positif) dan respon non linier (hubungannya atau korelasinya negatif). Respon terukur dan sub-lethal ada ambang batasnya (memiliki ambang batas). Baik kurva liner dan kuadratik menggambarkan perubahan respons sub-lethal dan lethal. Bila dosis yang digunakan cenderung menyatakan kematian, pengukuran dapat dilakukan insitu atau bisa langsung diuji di lapangan yang kemudian dilanjutkan dengan uji laboratorium (bioassay). Alat yang digunakan biasanya bermacam-macam, salah satunya adalah AAS (Auto Absorption Spectrophotometry) yang digunakan untuk menghitung kation-kation yang ada di dalam lingkungan. Gas Chromatography adalah alat yang digunakan untuk menghitung anion-anion yang ada di dalam lingkungan. Alat lama yang digunakan untuk menghitung anion-anion yang ada dalam lingkungan adalah TLC (Thin Layer Chromatography). Respon Makhluk Hidup yang diuji dapat dikategorikan sebagai berikut : (1) Pengaruh Akut (Acute) yaitu respons makhluk hidup terhadap suatu keadaan yang cukup parah sehingga menyebabkan suatu respons yang cepat, biasanya diukur dalam waktu 96 jam. (2) Pengaruh Sub-Akut (Sub-Acute) yang merupakan respons makhluk hidup terhadap suatu kondisi yang kurang parah dan terjadi dalam waktu yang lebih lama (lebih dari 96 jam). (3) Pengaruh kronis merupakan respons terhadap suatu kondisi yang berkesinambungan, diperkirakan hanya 10 % dari waktu hidup makhluk tersebut (harapan hidup hanya 10 %).

Prinsip Ekotoksikologi Pencemaran PerairanAda tiga hal yang akan dibahas yaitu :1. Lingkungan Makhluk Hidup dan keragamannya2. Pengaruh Umum Pencemar3. Pengkayaan Hara (Eutrofikasi), Deoksigenasi (lepasnya O2 dari suatu senyawa).Lingkungan Makhluk Hidup dan keragamannyaSepintas dilihat, makhluk hidup di perairan terbatas ragamnya dan terbatas jumlahnya namun bila kita pelajari lebih mendalam, dikatakan bahwa ragam yang sangat luar biasa misalnya : tumbuhan. Tumbuhan dari tingkat rendah ke tingkat tinggi ada di dalam sistem perairan, hewan dari sederhana sampai tingkat besar juga ada di dalam sistem perairan. Semua Makhluk Hidup tersebut, perkembangannya diatur oleh faktor fisika kimia. Flora dan fauna yang ada di sistem perairan sebagian besar beradaptasi secara alamiah yang terjadi sepanjang musim atau sepanjang tahun terutama di daerah-daerah yang mengenal empat musim, flora dan faunanya berfungsi secara alamiah. Beberapa zat pencemar dapat mengubah kondisi hara menjadi terlalu tinggi atau bisa juga menjadi terlalu rendah , sehingga makhluk hidup tersebut harus beradaptasi. Dengan perubahan hara, akan terjadi pergeseran makhluk hidup menuju optimum tertentu. Dalam sistem perairan yang terbatas, kadar hara yang tinggi di perairan akan merubah sistem keseimbangan. Hubungan antara populasi makhluk hidup dengan konsentrasi dapat dilihat pada gambar di bawah ini : Semua kejadian atau peristiwa di alam ini mengarah ke kurva normal (seuai dengan kurva normal). Ujung kurva paling kiri yang paling kecil dan ujung kurva paling kanan yang paling besar. Pada keadaan seperti itu (kurva a) dan kurva b, sudah berbeda makhluknya atau organismenya atau dapat dikatakan juga bahwa kurva a disukai oleh makhluk a sedangkan kurva b disukai oleh makhluk b. Perubahan kandungan pencemar akan menghasilkan pengaruh yang berkaitan satu dengan yang lainnya (masuknya tingkatan trofik yang lain). Dalam keadaan sistem tercemar, makhluk hidup beradaptasi secara genetik dalam jangka waktu terbatas dan bisa muncul populasi baru yang tahan terhadap pencemaran yang tinggi, hewan semakin resisten terhadap pencemaran (bahan pencemar). Adaptasi makhluk hidup terhadap lingkngan terutama terhadap suhu, kandungan oksigen, hara dan juga zat pencemarnya itu sendiri yang juga akan dapat merubah sistem jaringan makanan atau pada tingkatan trofik tertentu.

Pengaruh umum pencemaranAda 5 macam pengaruh umum pencemaran yaitu : (1) terdapat penurunan adaptasi, (2) dampak buruk pada spesies tertentu, (3) Perubahan pada struktur komunitas dan pengurangan jumlah spesies, (4) berubahnya pola aliran energi, misalnya dapat muncul (ditemukan) spesies kebetulan yang belum pernah ditemukan selama ini yang siklus hidupnya pendek (kehidupannya tidak lama), dan (5) terdapatnya fluktuasi populasi.