OKSIGEN REAKTIF PADA MUTASI

Mutasi GenMutasi gen disebut jugamutasi titik(point mutation). Mutasi ini terjadi karena adanya perubahan struktur gen (DNA), akibatnya asam amino yang dikodekan berubah sehingga terbentuk protein yang salah.Ada beberapa macam jenis mutasi gen, antara lain sebagai berikut:

Addisi / insersi Delesi

Substitusi1. Delesi : hilangnya satu atau beberapa basa nitrogen2. Addisi : penambahan satu atau beberapa basa nitrogen (sering disebut juga insersi)3. Substitusi : pertukaran pasangan basa nitrogen. Bila pertukaran terjadi antar pasangan basa nitrogen purin-pirimidin dengan purin-pirimidin yang lain disebuttransisi. Misalnya pasangan AT digantikan pasangan GS. Bila pertukaran terjadi antar pasangan basa nitrogen purin-pirimidin dengan pirimidin-purin disebuttransversi. Misalnya AT digantikan pasangan TA. Perhatikan bagan di bawah.

Mutasi Alami dan Mutasi BuatanBerdasarkan faktor penyebabnya, mutasi dapat dibedakan menjadi dua bagian yaitu:1. Mutasi Alami (Mutasi Spontan): yaitu mutasi yang disebabkan oleh alam, misalnya oleh: sinar kosmis (foton, positron, proton) yang berasal dari angkasa luar batuan radioaktif (thorium, uranium, radium) sinar ultraviolet matahari sesuatu yang tak jelas dalam metabolisme sehingga terjadi kekeliruan dalam sintesis bahan genetis radiasi ionisasi internal dari bahan radioaktif yang mungkin terkandung dalam jaringan lewat makanan atau minuman yang kena pencemaran radioaktifMutasi alam sangat jarang terjadi dan bila terjadi adalah secara kebetulan, amat lambat tetapi pasti. Penelitian mengenai mutasi ini sangat sulit karena terjadinya sangat jarang dan lambat.2. Mutasi Buatan (Induksi): mutasi yang sengaja dilakukan manusia untuk tujuan tertentu. Mutasi buatan dapat disebabkan oleh beberapa mutagen, diantaranya adalah:a. Bahan Fisika, terdiri dari: Sinar X, sinar gamma, isotop radioaktif Partikel yang dapat mengionisasi (netron, elektron, proton, partikel alva, dan ion-ion berat) Sinar ultra violet Suhu yang tinggib. Bahan kimia, terdiri dari: Pestisida (DDT, aziridin) Makanan/minuman (kafein, siklamat, asam nitrit, natrium nitrit) Agen alkilasi (gas mustard, dimetil dan dietil sulfat) Kolkisin, digitoninc. Bahan BiologiLebih dari 20 macam virus penyebab kerusakan kromosom. Virus campak dan cacar juga dapat menimbulkan aberasi. Diduga ada banyak jenis kanker dan tumor yang disebabkan karena inveksi virus. Saat ini mutasi buatan telah banyak dimanfaatkan untuk memperoleh tanaman yang poliploid. Misalnya dengan jalan induksi kolkisin pada tanaman kol, tomat, anggur, dan semangka.

Oksigen ReaktifOksigen reaktif merupakan suatu oksidan yang dapat mengganggu integritas sel karena dapat bereaksi dengan komponen-komponen sel yang penting untuk mempertahankan kehidupan sel, baik komponen struktural (misalnya molekul-molekul penyusun membran) maupun komponen-komponen fungsional (misalnya enzim-enzim dan DNA). Oksidan dapat menimbulkan kerusakan sel, dan menjadi penyebab atau mendasari berbagai keadaan patologik seperti penyakit kardiovaskuler, penyakit respiratorik, gangguan sistem tanggap kebal, karsinogenesis, bahkan dicurigai ikut berperan dalam proses penuaan (aging). Sebagian mekanisme kerusakan oleh oksidan telah diketahui, tetapi sebagian lagi karena rumitnya proses proses yang terkait, masih belum sepenuhnya jelas. Spesies oksigen reaktif (ROS) seperti anion radikal superoksida (O2-) (. OH); hidrogen peroksida (H2O2) dan radikal hidroksil telah terlibat dalam patofisiologi di berbagai negara, termasuk cedera reperfusi iskemia, shock hemoragik, aterosklerosis, gagal jantung, hipertensi akut dan kanker. Radikal bebas, oksida nitrat (NO) dan O2- bereaksi membentuk peroxynitrite (ONOO-), yang merupakan suatu oksidan sitotoksik kuat. Sebuah mekanisme potensial dari kerusakan oksidatif adalah nitrasi residu tirosin protein, peroksidasi lipid, degradasi fragmen DNA dan oligonucleosomal. Ada beberapa mekanisme yang bertanggung jawab untuk melindungi sel-sel dari potensial kerusakan sitotoksik yang disebabkan oleh radikal bebas. Sel telah mengembangkan berbagai sistem pertahanan enzimatik dan nonenzimatik untuk mengendalikan spesies oksigen yang berkembang dengan cepat. Namun, sebagian tertentu dapat lolos dari pertahanan seluler dan dapat menyebabkan kerusakan permanen atau sementara bagi asam nukleat dalam sel, yang mengarah kepada kerusakan rantai DNA dan gangguan metabolisme Ca2+. Saat ini kemungkinan peran ROS sangat besar dalam menyebabkan kerusakan DNA yang mengarah kepada kanker dan mutasi spontan. Tingkat tinggi dari kerusakan oksidatif pada DNA mamalia telah dibuktikan dengan mengukur basa DNA teroksidasi yang diekskresikan dalam urin setelah perbaikan DNA. Tingkat kerusakan DNA oksidatif secara langsung berkaitan dengan tingkat metabolisme dan berbanding terbalik dengan masa hidup organisme.

Oksidan yang dapat merusak sel berasal dari berbagai sumber, yaitu :a.yang berasal dari tubuh sendiri, yaitu senyawa-senyawa yang sebenarnya berasal dari proses-proses biologik normal (fisiologis), namun oleh suatu sebab terdapat dalam jumlah besarb.yang berasal dari proses-proses peradangan.c.yang berasal dari luar tubuh, seperti misalnya obat-obatan dan senyawa pencemar d.yang berasal dari akibat radiasi

Oksidan yang terlibat dalam berbagai proses patologis sebagian besar justru berasal dari proses-proses biologis alami. Dan melibatkan apa yang disebut sebagai senyawa oksigen reaktif (reactive oxygen compounds ). Sebagian diantaranya berbentuk radikal seperti radikal hidroksil (OH), radikal peroksil (OOH), dan ion superoksida (O2-). Sebagian yang lain bukan radikal, seperti singlet oksigen (O2), hidrogen peroksida (H2O2) dan ion hipoklorit (ClO-). Senyawa oksigen reaktif, sesuai dengan namanya, berasal dari oksigen (O2), senyawa yang diperlukan oleh semua organisma airobik termasuk manusia.

Organisme aerobik memerlukan oksigen untuk menghasilkan ATP, suatu senyawa yang merupakan sumber enrgi bagi kebanyakan mahluk hidup, melalui fosforilasi oksidatif yang terjadi di mitokondria. Proses tersebut secara sederhana dapat digambarkan sebagai berikut : NADH + H+ + O2 NAD+ + H2O + energi ADP + P + energi ATP

Pada proses tersebut terjadi reduksi O2 menjadi H2O yang secara sederhana dapat ditulis sebagai berikut : O2 + 4H+ + 4 e- H2ODari persamaan tersebut diatas mudah dilihat bahwa reduksi oksigen menjadi H2O merupakan pengalihan 4 (empat) elektron (4 electron transfer). Dalam keadaan tertentu pengalihan elektron tersebut berjalan kurang sempurna sehingga terjadi senyawa-senyawa oksigen reaktif yang sangat berbahaya, yang akan merusak sel apabila tak diredam. Hal seperti itu terjadi dalam keadaan-keadaan yang disebut jejas oksidatif (oxidative stress).Senyawa oksigen reaktif yang berperan sebagai oksidan adalah : hidrogen peroksida, (H2O2), ion superoksida (O2), radikal peroksil ( OOH), radikal hidroksil (OH) dan singlet oksigen. Hidrogen peroksida terutama terbentuk karena aktifitas enzim-enzim oksidase yang terdapat dalam retikulum endoplasmik (mikrosom) dan peroksisom. Enzim-enzim tersebut mengkatalisis reaksi : RH2 + O2 R + H2O2

H2O2 merupakan merupakan oksidan yang kuat dan dapat mengoksidasi berbagai senyawa yang terdapat di dalam sel, misalnya :glutation : 2 GSH + H2O2 GSSG + 2H2O

Daya rusak H2O2 bukan hanya karena senyawa tersebut merupakan oksidan yang kuat, tetapi juga karena H2O2 dapat menghasilkan radikal hidroksil bila H2O2 bereaksi dengan logam transisi (transitional metals ), Fe++ dan Cu+

Fe++ (Cu+) + H2O2 Fe+++ (Cu++) + OH + OH (reaksi Fenton)

H2O2 juga dapat menghasilkan oksidan kuat yang lain, yaitu ion hipoklorit (ClO) melalui reaksi yang dikatalisis oleh enzim mieloperoksidase yang terdapat dalam sel-sel radang. Seperti granulosit, monosit dan makrofag :

H2O2 + Cl H2O + ClO Ion hipoklorit dapat mengoksidasi berbagai senyawa : R + ClO RO + Cl

Ion Superoksida (O2)Ion superoksida dapat terbentuk melalui beberapa cara, antara lain :1. Sebagai reaksi sampingan yang melibatkan Fe++ seperti misalnya : Proses fosforilasi Proses oksigenasi Hemoglobin Proses hidroksilasi oleh enzim mono oksigenase (sitokrom P450 dan sitokrom b4) Ion Fe bebas

Reaksi tersebut dapat ditulis sebagai berikut : Fe++ + O2 Fe+++ + O2Ion superoksida sendiri sebenarnya tak terlalu reaktif. Bentuk reaktifnya ialah radikal peroksida yang terbentuk melalui reaksi sebagai berikut : O2 + H OOH Radikal peroksilSeperti halnya radikal lain, radikal inipun sangat reaktif dan akan membentuk radikal baru serta H2O2 : XH + OOH X + H2O2Dari reaksi diatas kiranya jelas bahwa radikal peroksil jauh lebih berbahaya dibandingkan dengan H2O2 . Ion superoksida akan sangat berbahaya apabila terdapat bersamaan dengan H2O2 karena akan membentuk radikal hidroksil (OH) : O2 + H2O2 O2 + OH + OH (Reaksi Haber Weiss)Reaksi ini memerlukan ion Fe+++ atau Cu++ dan diperkirakan terjadi melalui dua tahap, yaitu : Fe+++ / Cu++ + O2 Fe++ / Cu+ + O2 Fe++ / Cu+ + H2O2 Fe+++ / Cu++ + OH + OH Diantara senyawa-senyawa oksigen reaktif, radikal hidroksil adalah yang paling reaktif, oleh karena itu paling berbahaya.. Namun radikal hidroksil bukan merupakan produk primer proses biologik, tetapi berasal dari H2O2 dan O2Senyawa-senyawa oksigen reaktif semuanya merupakan oksidan yang kuat, walaupun derajat kekuatannya berbeda-beda. Dampak negatif tersebut timbul karena reaktifitasnya sehingga dapat merusak komponen-komponen sel yang penting untuk mempertahankan integritas dan kehidupan sel. Aktifitas oksidan dapat menjadi penyebab atau mendasari berbagai keadaan patologis. Dampak aktifitas oksidan dapat sangat luas, dan sering mekanisma molekulernya masih belum terkuak secara jelas. Diantara senyawa-senyawa oksigen reaktif, radikal hidroksil merupakan senyawa yang paling berbahaya karena reaktifitasnya sangat tinggi. Radikal hidroksil dapat merusak tiga jenis senyawa yang penting untuk mempertahankan integritas sel, yaitu :1. asam lemak, khususnya asam lemak tak jenuhyang merupakan komponen penting fosfolipid penyusun membran sel.2. DNA, yang merupakan perangkat genetik sel.3. Protein yang memegang berbagai peran penting seperti enzim, reseptor, antibodi dan pembentuk matriks serta sitoskeleton.

Mekanisme Mutasi oleh Spesies Oksigen ReaktifDNA terus diserang oleh spesies reaktif yang dapat mempengaruhi struktur dan fungsinya dengan parah. Modifikasi struktural DNA terutama timbul dari modifikasi di basa yang terutama terjadi karena eksposur mereka terhadap spesies reaktif yang berbeda. Selain itu, pemisahan untai DNA, ikatan silang antar-dan intra-untai dan crosslink antara DNA-protein juga dapat mempengaruhi struktur DNA secara signifikan. modifikasi struktural inilah yang terlibat dalam mutasi, kanker dan banyak penyakit lainnya. Karena memiliki oksidasi paling potensial di antara semua basa DNA, guanin sering diserang oleh spesies reaktif, sehingga menghasilkan sejumlah besar lesi yang mematikan. Untungnya, sel-sel hidup yang berevolusi dengan enzim dengan baik terus menerus melindungi DNA dari kerusakan tersebut.Spesies oksigen reaktif (ROS) yang dihasilkan dalam sel tidak hanya di bawah pengaruh zat xenobiotik (peroksida, photosensitizers, oksidan lainnya) dan radiasi (UV, sinar-X), tetapi juga endogen, misalnya sebagai produk hasil dari metabolisme oksigen (Gambar 1). Spesies oksigen reaktif memiliki sifat genotoksik, yaitu mereka menginduksi modifikasi DNA sehingga terjadi mutasi. Oleh karena itu, generasi seluler ROS merupakan ancaman serius terhadap integritas genom seluler, mengabaikan adanya mekanisme pertahanan yang efisien (antioksidan, perbaikan DNA spesifik) dan seharusnya secara kausal terlibat dalam perkembangan kanker dan penyakit lainnya yang berhubungan dengan usia (Gambar 2).

Gambar 1 : Mekanisme kerusakan DNA oleh Spesies oksigen reaktif. Spesies oksigen reaktif berkembang di dalam sel secara endogen (metabolisme oksigen) dan eksogen (obat, radiasi).

Gambar 2 : Level stabil dari modifikasi DNA oksidatif berkontribusi terhadap perkembangan kanker dan penyakit lainnya. Perkembangan yang berkelanjutan dari modifikasi DNA oksidatif oleh spesies oksigen reaktif dari metabolisme oksigen dan perbaikan stimultan dari mekanisme spesifik menghasilkan level stabil dari modifikasi, yang mana ditunjukkan dengan cairan merah di dalam kotak. Modifikasi DNA berkontribusi pada frekuensi mutasi secara spontan dari sel selama replikasi, di mana hal tersebut dapat mengaktifkan gen tumor dan menginisiasi adanya karsinogenesis. Mutasi yang lain, sebagai contoh dalam DNA mitokondria, mungkin berefek terhadap suplai energi sel dan mengakibatkan penyakit degeneratif.

Mekanisme perbaikan modifikasi basa DNA oksidatif Modifikasi basa DNA oksidatif seperti 7,8-dihidro-8-oxoguanine (8-oxoG) diperbaiki secara dominan oleh perbaikan dasar eksisi. Namun, ditunjukkan relevansi yang tak terduga dari protein lain, khususnya protein Cockayne Syndrome B (CSB) dan poli (ADP-ribosyl) polymerase 1 (PARP1). Mekanisme dan konsekuensi dari kerusakan DNA oksidatif yang disebabkan oleh radiasi ultraviolet dan cahaya tampak Sinar matahari menimbulkan kerusakan DNA oleh dua mekanisme. Di satu sisi, DNA langsung menyerap radiasi di UVC dan jangkauan spekteum UVB (hingga ~ 320 nm). Penyerapan menimbulkan karakteristik produk cahaya, terutama pembentukan dimer pirimidin. Sifat mutagenik mereka telah mandiri. Di sisi lain, beberapa unsur yang belum teridentifikasi sejauh ini (mungkin porfirin atau flavin) bertindak sebagai photosensitizers endogen yang bereaksi secara langsung dengan DNA atau menimbulkan pembentukan ROS. Reaksi ini menyebabkan kerusakan DNA oksidatif yang juga mutagenik. Kontribusi mekanisme tidak langsung (yang dimediasi fotosensitizer) untuk risiko kanker yang disebabkan oleh sinar matahari langsung belum diketahui dan karena itu sedang diselidiki. Hal ini diantisipasi bahwa mekanisme tidak langsung tidak akan seefektif eksitasi DNA langsung, tetapi mereka akan membuat kontribusi penting untuk genotoksisitas sinar matahari dalam kisaran panjang gelombang di mana DNA memiliki sedikit atau tidak ada penyerapan.

Dampak Negatif Terhadap Membran SelKomponen terpenting membran sel adalah fosfolipid, glikolipid dan kolesterol. Dua komponen pertama mengandung asam lemak tak jenuh. Justru asam lemak tak jenuh ini (asam-asam linoleat, linolenat dan arakidonat) sangat rawan terhadap serangan-serangan radikal, terutama radikal hidroksil. Radikal hidroksil dapat menimbulkan reaksi rantai yang dikenal dengan nama peroksidasi lipid LH + OH L + H2O Asam lemak. Radikal lipid L + O2 LOO Radikal peroksilipid LOO + RH L + LOOH dan seterusnya. Akibat akhir dari rantai reaksi ini adalah terputusnya rantai asam lemak menjadi berbagai senyawa yang bersifat toksis terhadap sel, antara lain berbagai macam aldehida, seperti malondialdehida, 9-hidroksi-nonenal serta bermacam-macam hidrokarbon seperti etana (C2H6) dan pentana (C5H12). Dapat pula terjadi ikatan silang (cross-linking) antara dua rantai asam lemak atau antara asam lemak dan rantai peptida (protein) yang timbul karena reaksi dua radikal : R1 + R2 R1R2 Semuanya itu menyebabkan kerusakan kerusakan parah membran sel sehingga membahayakan kehidupan sel

Dampak Negatif Terhadap DNARadikal bebas dapat menimbulkan berbagai perubahan pada DNA yang antara lain .berupa : hidroksilasi basa timin dan sitosin, pembukaan inti purin dan pirimidin serta terputusnya rantai fosfodiester DNABila kerusakan tak terlalu parah, maka masih bisa diperbaiki oleh sistem perbaikan DNA (DNA repair system ). Namun apabila kerusakan terlalu parah, misalnya rantai DNA terputus-putus diberbagai tempat, maka kerusakan tersebut tak dapat diperbaiki dan replikasi sel akan terganggu.. Susahnya, perbaikan DNA ini sering justru menimbulkan mutasi, karena dalam memperbaiki DNA tersebut sistem perbaikan DNA cenderung membuat kesalahan (error prone ), dan apabila mutasi ini mengenai gen-gen tertentu yang disebut onkogen, maka mutasi tersebut dapat menimbulkan kanker.

Dampak Negatif Terhadap ProteinOksidan dapat merusak protein karena dapat mengadakan reaksi dengan asam-asam amino yang menyusun protein tersebut. Diantara asm-asam amino penyusun protein yang paling rawan adalah sistein. Sistein mengandung gugusan sulfidril (SH) dan justru gugusan inilah yang paling peka terhadap serangan radikal bebas seperti radikal hidroksil : RSH + OH RS + H2O RS + RS RSSRPembentukan ikatan disulfida (-S-S-) menimbulkan ikatan intra atau antar molekul protein tersebut kehilangan fungsi biologisnya (misalnya enzim kehilangan aktivitasnya).

Gambar 3. Akibat dari adanya oksigen reaktif pada konsentrasi tinggi sehingga menyebabkan adanya kerusakan oksidatif bagi lemak, protein dan DNA.

DAFTAR PUSTAKA

Biofiles. 2007. DNA Damage and Repair Mechanisms. Diakses di http://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/articles/biofiles/dna-damage-and-repair.html (9 Juli 2014 pukul 8.07)Cooke, MS. 2003. Oxidative DNA damage: mechanisms, mutation, and disease. Diakses di http://www.fasebj.org/content/17/10/1195.full (8 Juli 2014 pukul 19.35)Forschung. 2011. DNA Damage by Reactive Oxygen Species (ROS) and its Biological Consequences. Diakses di http://www.pharmazie.uni-mainz.de/AK-Epe/44.php (8 Juli 2014 pukul 20.14)Isahi, Dosso Sang. 2014. Mutasi. Diakses di http://biologimediacentre.com/mutasi/ (8 Juli 2014 pukul 19.41)NR, Jena. 2012. DNA Damage by Reactive Species: Mechanisms, Mutation and Repair. Diakses di http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22750987 (8 Juli 2014 pukul 21.42)T, Hemnani., Parihar MS. 1998. Reactive Oxygen Species and Oxidative DNA Damage. Diakses di http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10874342 (8 Juli 2014 pukul 20.33)

Wulandari, Eka. 2014. Resume Seminar. Diakses di http://old.analytical.chem.itb.ac.id/coursesdata/16/moddata/assignment/33/532/resume_seminar.doc (8 Juli 2014 pukul 21.17)