radikal bebas teori

7/22/2019 radikal bebas teori

1/11

OKSIDAN, ANTIOKSIDAN, DAN RADIKAL BEBAS

Purnomo SuryohudoyoLaboratorium Biokimia Fakultas Kedokteran Unair

I. Pendahuluan

Akhir-akhir ini perhatian dunia kedokteran terhadap oksidan makin meningkat.

Perhatian ini terutama ditimbulkan oleh kesadaran bahwa oksidan dapat menimbulkan

kerusakan sel, dan menadi penyebab atau mendasari berbagai keadaan patologik seperti

penyakit kardio!askuler, penyakit respiratorik, gangguan sistem tanggap kebal,

karsinogenesis, bahkan di"urigai ikut berperan dalam proses penuaan #aging$. Sebagian

mekanisme kerusakan oleh oksidan telah diketahui, tetapi sebagian lagi karena rumitnyaproses %proses yang terkait, masih belum sepenuhnya elas.

&ksidan dapat mengganggu integritas sel karena dapat bereaksi dengan komponen-

komponen sel yang penting untuk mempertahankan kehidupan sel, baik komponen

struktural #misalnya molekul-molekul penyusun membran$ maupun komponen-

komponen 'ungsional #misalnya en(im-en(im dan )*A$. &ksidan yang dapat me-rusak

sel berasal dari berbagai sumber, yaitu +

a. yang berasal dari tubuh sendiri, yaitu senyawa-senyawa yang sebenarnya berasal

dari proses-proses biologik normal #'isiologis$, namun oleh suatu sebab terdapat

dalam umlah besar

b b. yang berasal dari proses-proses peradangan.". yang berasal dari luar tubuh, seperti misalnya obat-obatan dan senyawa

pen"emar (polutant$

d. yang berasal dari akibat radiasi

II. Oksidan dan Radikal Bebas

)alam kepustakaan kedokteran pengertian oksidan dan radikal bebas #free radicals$

sering dibaurkan karena keduanya memiliki si'at-si'at yang mirip. Akti!itas kedua enis

senyawa ini sering menghasilkan akibat yang sama walaupun prosesnya berbeda.

Sebagai "ontoh perhatikan dampak hidrogen peroksida$ dan radikal bebas &

#radikal hidroksil$ terhadap glutation #S$ +

a. H2O2+

S / & SS / &

b.OH +

S / & & / S #radikal glutation$

S / S SS0alaupun ada kemiripan dalam si'at-si'atnya namun dipandang dari sudut ilmu

kimia, keduanya harus dibedakan. Oksidan, dalam pengertian ilmu kimia, adalah


2/11

senyawa penerima elektron, #electron acceptor$, yaitu senyawa-senyawa yang dapat

menarik elektron. 1on 'erri #Fe///$, misalnya, adalah suatu oksidan +

Fe/// / e- Fe//

Sebaliknya, dalam pengertian ilmu kimia, radikal bebas adalah atom atau molekul#kumpulan atom$ yang memiliki elektron yang tak berpasangan #unpaired electron$.

Sebagai "ontoh marilah kita perhatikan molekul air # &$. 1katan atom oksigen dengan

hidrogen merupakan ikatan ko!alen, yaitu ikatan kimia yang timbul karena sepasang

elektron dimiliki bersama #share$ oleh dua atom +

Atom hidrogen +

Atom oksigen + & dan & + :&: atau % & %

Bila terdapat sumber energi yang "ukup besar, misalnya radiasi, molekul air dapatmengalami pembelahan homolitik #homolytical cleavage$ +

:&: / &

atom H radikal hidroksil

Atom # $ memiliki elektron yang tak berpasangan sehingga dapat pula dianggap

sebagai radikal.. 2olekul air dapat pula mengalami pembelahan enis lain, yaitu

pembelahan heterolitik #heterolytical cleavage$

+

:&: / / :&

ion H ion hidroksil

)alam hal ini, yang terbentuk bukanlah radikal tetapi ion-ion, sehingga proses tersebut

dinamakan ionisasi. Untuk ionisasi molekul air tak diperlukan masukan energi yang

besar, sehingga dalam keadaan 3biasa4 air mengalami ionisasi.

5lektron yang tak berpasangan "enderung untuk membentuk pasangan, dan ini

teradi dengan menarik elektron dari senyawa lain sehingga terbentuk radikal baru +

6: / & 6 / & radikal hidroksil radikal baru

)ari "ontoh diatas elaslah bahwa radikal bebas memiliki dua si'at, yaitu +

7. 8eakti!itas tinggi, karena ke"enderungan menarik elektron.

. )apat mengubah suatu molekul menadi suatu radikal

Si'at radikal bebas yang mirip dengan oksidan terletak pada ke"enderungannya untuk

menarik elektron.9adi sama halnya dengan oksidan, radikal bebas adalah penerima

elektron. 1tulah sebabnya dalam kepustakaan kedokteran, radikal bebas digolongkan

dalam oksidan. *amun perlu diingat bahwa radikal bebas adalah oksidan tetapi tidak

setiap oksidan adalah radikal bebas.

8adikal bebas lebih berbahaya dibanding dengan oksidan yang bukan radikal. al

ini disebabkan oleh kedua si'at radikal bebas diatas, yaitu reakti'itas yang tinggi dan

ke"enderungannya membentuk radikal baru, yang pada gilirannya apabila menumpai

molekul lain akan membentuk radikal baru lagi, sehingga teradilah rantai reaksi #chain

reaction$ 8eaksi rantai tersebut baru berhenti apabila radikal bebas tersebut dapat


3/11

diredam #quenched$. :ontohnya ialah reaksi radikal hidroksil dengan glutation yang

telah dibahas diatas.. 8eaksi akan berhenti karena dua radikal glutation #S $ akan

bereaksi membentuk glutation teroksidasi #SS$. Seluruh reaksi radikal bebas dapat

diabarkan menadi ; #tiga$ tahap, yaitu +

7. tahap inisiasi

. tahap propagasi

;. tahap terminasi

Sebagai "ontoh marilah kita perhatikan reaksi-reaksi yang menyangkut reaksi radikal

hidroksil sebagai berikut +

7.


4/11

yang teradi di mitokondria. Proses tersebut se"ara sederhana dapat digambarkan

sebagai berikut +

*A) / / / & *A)/ / & / energi

A)P / P / energi A


5/11

. teradinya senyawa-senyawa oksigen reakti' seperti &- #ion superoksida$, hidrogen peroksida$, && #radikal peroksil$, dan & #radikal hidroksil$

Perhatikan reaksi-reaksi dibawah ini yang merupakan pengalihan satu elektron +

7. && / e & & atau & ion superoksida

&& / / && atau && radikal hidroksil

. &&- / e- && - - atau &- - ion peroksida

&& / / && atau & hidrogen peroksida

;. &&- - / e- &-- / &

& / / & atau &

& / / & atau & radikal hidroksil

>. & / e &

& / / & atau &Pembentukan senyawa-senyawa oksigen reakti' tersebut se"ara singkat dapat ditulis

sebagai berikut +

& / e &

& / e / / &&

& / e

/ /

&& / ;e

/ ;/ & / && / >e

/ >/ &

)ari reaksi-reaksi diatas dapat terlihat bahwa ion superoksida, radikal peroksil,

hidrogen perolsida, dan radikal hidroksil teradi karena pengalihan elektron yang kurang

sempurna pada saat teradi reduksi oksigen.

2olekul oksigen dapat berubah menadi sangat reakti' bila kedua elektron tunggalnya

disatukan dalam satu orbital dengan putaran yang berlawanan. )enganperpindahan ini

satu orbital menadi kosong dan mudah diisi oleh sepasang elektron dengan putaran

yang berlawanan. Keadaan seperti ini terdapat dalam bentuk molekul oksigen khusus

yang disebut singlet oksigen dengan rumus sebagai berikut +

&&Singlet oksigen dapat teradi pada keadaan-keadaan khusus

$. PE&BENT%KAN SENA!A OKSI"EN REAKTI#

Senyawa oksigen reakti' yang berperan sebagai oksidan adalah + hidrogen peroksida,

#&$, ion superoksida #&$, radikal peroksil # &&$, radikal hidroksil #&$ dan

singlet oksigen.

idrogen peroksida terutama terbentuk karena akti'itas en(im-en(im oksidase yangterdapat dalam retikulum endoplasmik #mikrosom$ dan peroksisom. 5n(im-en(im

tersebut mengkatalisis reaksi +


6/11


7/11

& / &&

8adikal peroksil

Seperti halnya radikal lain, radikal inipun sangat reakti' dan akan membentuk radikal

baru serta & +

6 / && 6 / &)ari reaksi diatas kiranya elas bahwa radikal peroksil auh lebih berbahaya

dibandingkan dengan &.

1on superoksida akan sangat berbahaya apabila terdapat bersamaan dengan &karena

akan membentuk radikal hidroksil #&$ +

& / & & / & / &

#8eaksi aber % 0eiss$

8eaksi ini memerlukan ion Fe/// atau :u// dan diperkirakan teradi melalui dua tahap,

yaitu +

Fe///D :u// / & Fe//D :u/ / &

Fe//D :u/ / & Fe///D :u// / & / &

)iantara senyawa-senyawa oksigen reakti', radikal hidroksil adalah yang paling reakti',

oleh karena itu paling berbahaya.. *amun radikal hidroksil bukan merupakan produk

primer proses biologik, tetapi berasal dari &dan &

Sin+le 'ksi+en

Senyawa ini merupakan bentuk oksigen yang auh lebih reakti' dibanding oksigen

3biasa4#oksigen dalam bentukground stateatau disebut uga 3triplet oksigen4$.

Singlet oksigen terbentuk pada reaksi-reaksi yang dikatalisis oleh en(im-en(im

tertentu, antara lain +a. en(im mono-oksigenase yang menggunakan sitokrom p>C, apabila en(im tersebut

menggunakan suatu peroksida sebagai substrat +

8&& 8& / &b. en(im prostaglandin endoperoksida sintetase, suatu en(im yang berperan dalam

pembentukan prostaglandin dari asam arakidonat +

PP P / &". reaksi yang dikatalisis oleh en(im mieloperoksidase apabila ion hipoklorit yang

teradi bereaksi dengan &yang kedua +

& / :l & / :l&

:l&

/ & & / :l

/ &Atau apabila kedua reaksi tersebut diumlah +

& & / & Singlet oksigen dapat mengoksidasi berbagai senyawa +

8 / & 8&

$. DA&PAK NE"ATI# SENA!A-SENA!A OKSI"EN REAKTI#

G1..7 Senyawa-senyawa oksigen reakti' semuanya merupakan oksidan yang kuat,

walaupun deraad kekuatannya berbeda-beda. )ampak negati' tersebut timbul

karena reakti'itasnya sehingga dapat merusak komponen-komponen sel yang

penting untuk mempertahankan integritas dan kehidupan sel.

Sebagaimana telah dielaskan pada bab pendahuluan, akti'itas oksidan dapat

menadi penyebab atau mendasari berbagai keadaan patologis. )ampak akti'itas


8/11

oksidan dapat sangat luas, dan sering mekanisma molekulernya masih belum

terkuak se"ara elas.

)iantara senyawa-senyawa oksigen reakti', radikal hidroksil merupakan

senyawa yang paling berbahaya karena reakti'itasnya sangat tinggi. &leh karena

itu, sebagai "ontoh akan kita bahas dampak negati' radikal hidroksil.

8adikal hidroksil dapat merusak tiga enis senyawa yang penting untukmempertahankan integritas sel, yaitu +

7. asam lemak, khususnya asam lemak tak enuhyang merupakan komponen

penting 'os'olipid penyusun membran sel.

. )*A, yang merupakan perangkat genetik sel.

;. Protein yang memegang berbagai peran penting seperti en(im, reseptor,

antibodi dan pembentuk matriks serta sitoskeleton.

$I.2 Da(ak Ne+ai/ Terhada( &ebran Sel

Komponen terpenting membran sel adalah 'os'olipid, glikolipid dan kolesterol.

)ua komponen pertama mengandung asam lemak tak enuh. 9ustru asam lemak

tak enuh ini #asam-asam linoleat, linolenat dan arakidonat$ sangat rawanterhadap serangan-serangan radikal, terutama radikal hidroksil. 8adikal hidroksil

dapat menimbulkan reaksi rantai yang dikenal dengan nama peroksidasi lipid

L / & L / & Asam lemak. 8adikal lipid

L / & L&& 8adikal peroksilipid

L&& / 8 L / L&&dan seterusnya.

Akibat akhir dari rantai reaksi ini adalah terputusnya rantai asam lemak menadi

berbagai senyawa yang bersi'at toksis terhadap sel, antara lain berbagai ma"am

aldehida, seperti malondialdehida, H-hidroksi-nonenal serta berma"am-ma"am

hidrokarbon seperti etana #:I$ dan pentana #:7$.

)apat pula teradi ikatan silang #crosslinking$ antara dua rantai asam lemak atau

antara asam lemak dan rantai peptida #protein$ yang timbul karena reaksi dua

radikal +

87 / 8 878

Semuanya itu menyebabkan kerusakan kerusakan parah membran sel sehinggamembahayakan kehidupan sel

$I.0 Da(ak Ne+ai/ Terhada( DNA

8adikal bebas dapat menimbulkan berbagai perubahan pada )*A yang antara

lain .berupa + hidroksilasi basa timin dan sitosin, pembukaan inti purin dan

pirimidin serta terputusnya rantai 'os'odiester )*A

Bila kerusakan tak terlalu parah, maka masih bisa diperbaiki oleh sistem

perbaikan )*A #!"# repair system$. *amun apabila kerusakan terlalu parah,

misalnya rantai )*A terputus-putus diberbagai tempat, maka kerusakan tersebut

tak dapat diperbaiki dan replikasi sel akan terganggu.. Susahnya, perbaikan

)*A ini sering ustru menimbulkan mutasi, karena dalam memperbaiki )*Atersebut sistem perbaikan )*A "enderung membuat kesalahan #error prone$,


9/11

dan apabila mutasi ini mengenai gen-gen tertentu yang disebut onkogen, maka

mutasi tersebut dapat menimbulkan kanker.

$I.1 Da(ak Ne+ai/ Terhada( Pr'ein

&ksidan dapat merusak protein karena dapat mengadakan reaksi dengan asam-

asam amino yang menyusun protein tersebut. )iantara asm-asam aminopenyusun protein yang paling rawan adalah sistein. Sistein mengandung

gugusan sul'idril #S$ dan ustru gugusan inilah yang paling peka terhadap

serangan radikal bebas seperti radikal hidroksil +

8S / & 8S / & 8S / 8S 8SS8Pembentukan ikatan disul'ida #-S-S-$ menimbulkan ikatan intra atau antar

molekul protein tersebut kehilangan 'ungsi biologisnya #misalnya en(im

kehilangan akti!itasnya$.

I. DA&PAK POSITI# OKSIDAN

&ksidan menimbulkan banyak kerugian, tetapi ustru dampak negati' ini

diman'aatkan oleh tubuh untuk melawan serbuan organisma patogen.

Untuk menghadapi 3serangan dari luar ini4, alam #atau Sang Pen"ipta$ telah

menyediakan sel-sel khusus yang disebut sel-sel radang #inflamatory cells$

seperti granulosit, monosit dan makro'ag, yang dapat menghasilkan oksidan

seperti &, &, &, :l&dan &

8eaksi-reaksi yang menghasilkan senyawa-senyawa tersebut telah dibi"arakan

dalam babCbab sebelumnya.. *amun harap diingat bahwa oksidan-oksidan

tersebut selain dapat menghan"urkan mikroorganisma dapat pula merusak sel-

sel aringan tubuh sehingga sehingga apabila teradi keradangan hebat yangmelibatkan banyak sel radang, kerusakan aringan tak dapat dihindarkan.

II. PERTAHANAN TERHADAP OKSIDAN : ANTI-OKSIDAN

G111.7 Senyawa-senyawa oksigen reakti' teradi akibat proses-proses biologis normal,

namun apabila akti'itas senyawa-senyawa tersebut tak diredam, maka oksigen

pembawa kehidupan organisma aerobik akan berbalik menadi ra"un yang

mematikan, dan organisma aerobik sudah lama punah, mdari muka bumi. )alam

kenyataannya organisma aerobik tetap beraya, dan saat ini merupakan

organisma yang dominan di muka bumi ini, termasuk manusia. &rganisma

aerobik dapat bertahan karena alam menyediakan sarana untuk meredamdampak negati' oksidan, yaitu senyawa-senyawa anti-oksidan

)alam pengertian kimia, senyawa-senyawa anti-oksidan adalah senyawa-

senyawa pemberi elektron #electron donors$. *amun dalam arti biologis,

pengertian anti-oksidan lebih luas, yaitu merupakan senyawa-senyawa yang

dapat meredam dampak negati' oksidan, termasuk en(im-en(im dan protein-

protein pengikat logam.

)alam meredam dampak negati' oksidan diterapkan strategi dua lapis, yaitu +

7. men"egah terhimpunnya senyawa-senyawa oksidan se"ara berlebihan.

. 2en"egah reaksi rantai berlanut.

Berdasarkan dua mekanisma pen"egahan dampak negati' oksidan tersebut, anti-

oksidan dapat dibagi menadi dua golongan , yaitu +a. anti-oksidan pen"egah

b. anti-oksidan pemutus rantai #chainbreaking antioxidants$


10/11

$II.2 Ani-'ksidan Pene+ah.

Pada dasarnya tuuan anti-oksidan enis ini adalah adalah men"egah teradinya

radikal hidroksil, yaitu radikal yang paling berbahata..

Seperti telah dibi"arakan pada bab-bab sebelumnya, untuk membentuk radikal

hidroksil diperlukan tiga komponen, yaitu + logam transisi Fe atau :u, &dan&

Agar reaksi Fenton tak teradi, maka harus di"egah keberadaan ion Fe//

atau :u / bebas. Untuk itu berperan beberapa protein penting, yaitu +

- untuk Fe + rans/erinatau /eriin

- untuk :u + serul'(lasin atau albuin

Penimbunan &di"egah oleh en(imsu(er'ksida disuase )SOD* yang

mengkatalisis reaksi dismutasi & +

& / / & / &

Penimbunan & di"egah melalui akti'itas dua enis en(im, yaitu +

a. katalase, yang mengkatalisis reaksi dismutasi & + & & / &

b. peroksidase, yang mengkatalisis reaksi sebagai berikut +

8 / & 8& / &)iantara berbagai peroksidase, yang paling penting adalah glutation

peroksidase #SPE$, yang mengkatalisis reaksi +

S / & SS / &Apabila radikal hidroksil masih saa terbentuk, masih ada sarana lain untuk

meredamnya, tanpa memberi kesempatan untuk memulai reaksi rantai dengan

melibatkan senyawa-senyawa yang mengandung gugusan sul'idril seperti

glutation dan sistein +

lutation #S$ +

S / & S / & S SS Sistein #:ys-S$ +

:ys-S / & :ys-S / & :ys :ys-S-S-:ys sistin

$II. 0 Ani-'ksidan Peuus Reaksi Ranai

)alam kelompok anti-oksidan ini termasuk !itamin 5 #toko'erol$, asam

askorbat #!itamin :$, -karoten, dan dua senyawa yang uga berperan sebagaianti-oksidan pen"egah rantai reaksi, yaitu glutation dan sistein.

Gitamin 5 dan -karoten bersi'at lipo'ilik, sehingga dapat berperan pada membransel untuk men"egah peroksidasi lipid. Sebaliknya, !itamin :, glutation dan

sistein bersi'at hidro'ilik, dan berperan dalam sitosol..

Gitamin 5 sebenarnya terdiri dari empat senyawa, yaitu + al'a, beta, gamma dan

delta toko'erol. Karena keberadaannya dalam membran, !itamin 5 dapat

bereaksi dengan radikal lipid #L$ dan radikal peroksilipid #L&&$


11/11

tiga "ara, yaitu a. radikal !itamin 5 mengalami reaksi-reaksi intramolekul

menghasilkan

senyawa-senyawa non-radikal

b. setelah bergeser kearah permukaan molekul, radikal !itamin 5 bereaksi

dengan

!itamin : #As"-$ dan menghasilkan radikal !itamin : #As"$ + -7>;, Prenti"e-all

1nternat.1n".London, U.K.7HHC

I. . *aNui, A., :han"e, B., :adenas, 5. + 8ea"ti!e &Eygen 1ntermediates in

Bio"hemistry. Ann.8e!. Bio"h. + 7;-7II, Ann. 8e!. 1n". Palo Alto, USA 7HH

. . Pine, . S. et al + 8adikal Bebas, dalam + Kimia &rganik , ed. >. al. H> % HJ,

7HJJ.

radikal bebas teori

Documents

Transcript of radikal bebas teori