Radikal Bebas dan Reactive Oxygen

Radikal Bebas dan Reactive Oxygen

http://tipscarahidupsehat.com/radikal-bebas-dan-reactive-oxygen-species/

 

Radikal bebas adalah molekul, atom, atau kelompok atom yang pada orbit terluarnya memiliki satu atau lebih elektron tidak berpasangan. Dengan demikian molekul atau atom tersebut sangat labil dan mudah membentuk senyawa baru. Radikal bebas ini dapat sebagai turunan karbon (C), nitrogen (N), akan tetapi yang paling banyak dipelajari adalah radikal oksigen (O).

Sumber radikal bebas

Radikal bebas yang ada dalam tubuh dapat berasal/dihasilkan oleh tubuh (endogen) maupun berasal dari luar tubuh (eksogen). Radikal bebas endogen terbentuk sebagai respon normal dari rantai reaksi respirasi di dalam tubuh. Sumber terbentuknya radikal bebas dalam tubuh adalah: enzim-enzim superoksida dismutase (SOD), sitokrom P-450, santin oksidase, lipoksigenase, siklo-oksigenase, enzim-enzim pentranspor elektron, dan kuinon.
Mekanisme-mekanisme timbulnya radikal bebas endogen: oto-oksidasi, aktivitas oksidasi (seperti: siklo-oksigenase, lipoksigenase, dehidrogenase, dan peroksidase), dan sistem transpor elektron. Bagian sel yang memproduksi radikal bebas: mitokondria, membran plasma, lisosom, peroksisom, retikulum endoplasma, dan inti sel.
Radikal bebas eksogen bersumber dari: polutan, makanan & minuman, radiasi, ozon, dan residu pestisida.

ROS (reactive oxygene species)

ROS adalah beberapa jenis molekul dan radikal yang berasal dari molekul oksigen (O2) yang digunakan dalam pernapasan. Beberapa enzim respirasi kompleks dapat ‘memberikan’ 1 elektron (reduksi) pada oksigen, menghasilkan terutama anion superoksida (*O2-) yang relatif stabil. Pada kondisi normal, molekul oksigen mengandung 2 elektron tidak berpasangan pada orbit terluarnya. Jika salah satu dari kedua elektron tidak berpasangan tersebut tereksitasi dan kecepatan spin nya berubah, maka akan terbentuk spesies radikal yang dinamakan singlet oksigen, bersifat  radikal, dan oksigen berubah menjadi oksidan. Enzim-enzim pro-oksidatif seperti NADPH-oksidase, NO-sintase, dan rantai reaksi sitokrom P-450 dapat membentuk spesies oksigen reaktif ini. Enzim lipoksigenase juga dapat membentuk radikal bebas.

ROS dibagi jadi 2 golongan:

• oxygene-centered radicals: anion superoksida (*O2-), radikal hidroksil (*OH), radikal alkoksil (RO*), dan radikal peroksil (ROO*)
• oxygene-centered non-radicals: hidrogen peroksida (H2O2), singlet oksigen (1O2)

Spesies reaktif lain adalah nitrik oksida (NO*), nitrik dioksida (NO2*) dan peroksinitril (OONO-). ROS berkorelasi dengan radikal bebas meskipun tidak tergolong sebagai radikal bebas, contohnya singlet oksigen dan hidrogen peroksida seperti yang disebutkan di atas.
Anion superoksida merupakan prekursor untuk sebagian besar spesies ROS, serta merupakan mediator dalam rantai reaksi oksidatif.

Dismutasi anion superoksida, baik secara spontan maupun melalui reaksi yang dikatalisis oleh superoksida dismutase (SOD) akan menghasilkan hidrogen peroksida (H2O2) yang kemudian dapat direduksi secara sempurna menjadi air (H2O), atau direduksi parsial menjadi radikal hidroksil (*OH) yang merupakan oksidan terkuat di alam.
Pembentukan radikal hidroksil ini dikatalisis oleh logam transisi yang tereduksi besi (Fe++) dan tembaga (Cu++). Anion superoksida ini juga dapat bereaksi dengan radikal lain misalnya dengan nitrik oksida (NO*), menghasilkan peroksinitrit (OONO-) yang juga merupakan oksidan yang sangat kuat.

Efek toksik ROS

• Pada DNA: modifikasi basa DNA atau pemotongan cincin DNA → mengakibatkan penuaan, kanker
• Pada protein: inaktivasi enzim, depolarisasi protein → mengakibatkan radang (inflamasi)
• Depolarisasi proteoglikan → mengakibatkan poliarthritis rhematoid
• Oksidasi asam lemak dan pembentukan radikal bebas lipidik → aterosklerosis, penyakit kardiovaskuler, lesi reperfusi

Peranan fisiologis, seperti:

• ROS harus terdapat pada proses bakterisidal dan pada proses bakteriolisis normal. Sel fagosit melalui jalur NADP oksidase mensintesa anion superoksida dan hidrogen peroksida yang dapat membunuh bakteri. Jika defisien enzim NADP oksidase, seseorang akan sering mengalami infeksi
• Sistem NADP oksidase juga terdapat dalam sel endotelium (dinding dalam pembuluh darah), dimana anion superoksida yang terbentuk bersifat vasokonstriktor
• ROS harus terdapat pada saat sintesis DNA karena aktivitas ribonukleotida reduktase (yang mengubah ribosa menjadi deoksiribosa, yaitu gula DNA) sangat tergantung pada ROS
• ROS harus ada pada saat kapasitasi spermatozoik, sehingga berfungsi dalam reaksi fertilitas
• Secara in vitro, ROS memberikan efek mitogenik pada berbagai jenis sel

Stress Oksidatif

Ketidakseimbangan radikal bebas dan ROS dengan antioksidan menyebabkan timbulnya stress oksidatif. Stress oksidatif ini dapat disebabkan oleh kekurangan antioksidan dalam makanan, atau akibat meningkatnya produksi radikal bebas dan ROS yang disebabkan oleh toksin dari makanan atau lingkungan. Kondisi yang pro-oksidatif adalah: konsumsi makanan yang tidak seimbang, konsumsi lemak hewan secara berlebihan, makan makanan yang diawetkan/diasap, minum alkohol, merokok, kurang mengkonsumsi sayuran & buah-buahan, pencemaran lingkungan. Pembentukan ROS yang tidak terkendali dapat menyebabkan oksidasi lipid, oksidasi protein, terputusnya ‘pita’ DNA dan modifikasi basa DNA, serta modulasi ekspresi gen. Jika proses penuaan berlanjut, produk oksidasi protein dan produk oksidasi DNA meningkat jumlahnya beberapa kali lipat. Juga terjadi perubahan rasio pasangan redoks, seperti glutation: glutation teroksidasi NADPH: NADP+ dan NADH: NAD+ yang cenderung menjadi pro-oksidan.

Oksidasi lipid

Oksidasi lipid adalah reaksi berantai, radikal bebas dan ROS dapat mempercepat oksidasi lipid. Membran sel yang terdiri dari 2 lapisan fosfolipid dan protein adalah target langsung oksidasi lipid. Malonaldehid yang merupakan salah satu produk hasil oksidasi lipid dapat bereaksi dengan grup amino protein, fosfolipid, dan asam nukleat sehingga menyebabkan terjadinya modifikasi struktural yang dapat menyebabkan tidak berfungsinya sistem imun. Produk hasil oksidasi lipid dalam jumlah tinggi terdeteksi pada waktu terjadi degradasi sel, sel-sel tubuh mengalami ‘perlukaan’ atau sewaktu sedang sakit. Peningkatan jumlah produk hasil oksidasi lemak ditemukan pada penderita diabetes, aterosklerosis, penyakit yang menyerang hati, dan peradangan. Modifikasi oksidatif kolesterol LDL berhubungan dengan timbulnya penyakit aterosklerosis dan jantung koroner

Oksidasi protein

ROS dapat menyerang protein menghasilkan karbonil dan asam-asam amino termodifikasi, termasuk metionin sulfoksida, 2-oksohistidin, dan peroksida protein. Modifikasi protein diinisialisasi oleh radikal hidroksil yang terutama mengoksidasi rantai samping asam-asam amino, menghasilkan ikatan silang (cross linkage) antara protein dan menyebabkan protein terfragmentasi. Ketersediaan oksigen, anion superoksida, dan bentuk ‘proton’ nya (HO2- ) menentukan jalur proses oksidasi protein. Malonaldehid, produk hasil oksidasi lipid, dapat bereaksi dengan grup amino suatu protein. Nitrik oksida (yang disintesis dalam mitokondria dari L-arginin dengan bantuan enzin NO-sintetase) yang merupakan ‘messenger’ intraseluler dalam sistem syaraf, imun, dan kardiovaskuler  juga dapat mengoksidasi protein. Oksidasi protein dapat menyebabkan perubahan mekanisme transduksi sinyal, sistem transpor, aktivitas enzim-enzim, aterosklerosis, dan ishemia reperfusi. Sebagian proses penuaan berhubungan dengan modifikasi oksidatif protein.

Kerusakan DNA

Mitokondria dan inti sel memiliki DNA masing-masing, tetapi DNA mitokondria lebih mudah mengalami kerusakan oksidatif karena tidak adanya protein protektif (histon), serta lokasinya lebih berdekatan dengan sistem yang memproduksi ROS. Radikal hidroksil dapat mengoksidasi guanosin atau timin sehingga mengubah DNA dan mengakibatkan terjadinya mutagenesis atau karsinogenesis. DNA yang berubah dapat diperbaiki oleh enzim DNA glikosilase (DNA repair enzime). Sejumlah kecil kerusakan basa DNA okibat oksidasi ditemukan bahkan pada individu yang sehat, tapi konsentrasi basa DNA yang mengalami kerusakan tersebut meningkat pada penderita peradangan kronis seperti rheumatoid artritis atau pada individu yang mengalami stress oksidatif misalnya akibat merokok. Apabila stress oksidatif sangat tinggi, maka sistem perbaikan DNA yang menggunakan enzim glikosilase tersebut tidak cukup, sehingga akan menginduksi timbulnya mutagenesis dan/atau karsinogenesis.

Penyakit degeneratif yang ditimbulkan radikal bebas

Penyakit degeneratif yang ditimbulkan oleh radikal bebas bermula dari kerusakan sel. Radikal bebas dapat menyebabkan kerusakan sel karena merusak protein (mengganggu aktivitas enzim), merusak asam nukleat (menimbulkan kerusakan DNA, mutasi sel), dan merusak lipida (mengganggu fluiditas membran). Sebagai akibatnya pertumbuhan dan perkembangan sel menjadi tidak wajar, bahkan dapat menyebabkan kematian sel.
Membran plasma merupakan tempat utama reaksi radikal bebas karena strukturnya yang mudah teroksidasi (asam lemak tidak jenuh jamak). Rusak atau hilangnya asam lemak tidak jenuh pada membran plasma akan mengganggu permeabilitas membran, mengakibatkan radikal bebas semakin mudah masuk ke dalam sel, mempengaruhi/bereaksi dengan organel yang terdapat di dalam sel. Misalnya merusak lisosom dan inti sel serta mengakibatkan kerusakan DNA, sehingga menimbulkan mutagenesis yang menjadi patogenesis kanker.

Penyakit ginjal akut maupun kronis: lipid peroksida diduga merupakan faktor penting dalam patofisiologi penyakit ini. Penelitian morfologis pada ginjal menunjukkan bahwa sel-sel endotel dan sel-sel mesangial sangat mudah mengalami perlukaan oleh stress oksidatif.
Diabetes melitus: patogenesis penyakit diabetes belum jelas sekali. Pada diabetes tipe I  terjadi kerusakan sel-sel beta pankreas. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa radikal oksigen berperan penting dalam patogenesis diabetes. Mekanisme ini melalui respons autoimun yang menghasilkan radikal oksigen yang kemudian mengakibatkan kerusakan sel beta pada pankreas.

Penyakit jantung koroner: salah satu faktor penyumbang timbulnya penyakit jantung koroner adalah aterosklerosis. Beberapa penelitian membuktikan bahwa terjadinya aterosklerosis merupakan respons terhadap adanya luka pada lapisan endotelium pembuluh darah. Produk oksidasi lipid terbukti dapat menginduksi luka pada pembuluh darah dalam tempo yang singkat.

Penyakit kanker: para ahli sepakat mengenai implikasi radikal bebas dalam mekanisme karsinogenesis, terutama kerusakan DNA. Radikal oksigen seperti anion superoksida, radikal hidroksil, dan hidrogen peroksida dapat merusak komponen biokimia intrasel misalnya DNA, RNA, karbohidrat, protein, lemak, dan mikronutrein. Tapi patogenesis kanker sehubungan dengan radikal bebas belum jelas benar, patogenesis kanker berdasarkan radikal bebas diperkuat oleh penelitian secara tidak langsung yaitu konsumsi antioksidan pada kelompok tertentu menurunkan insiden timbulnya kanker sampai 30%.

-0-

Padang, 9 april 2017