Apa yang Anda ketahui tentang radikal bebas?

radikal bebas

Radikal bebas adalah suatu atom, gugus atom atau molekul yang memiliki satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan pada orbital paling luar, termasuk diantaranya adalah atom hidrogen, logam-logam transisi dan molekul oksigen. Radikal bebas merupakan molekul yang tidak stabil karena kehilangan elektronnya. Untuk menjadi stabil, radikal bebas akan mengambil elektron dari molekul atau sel lain dalam tubuh kita. Proses pengambilan elektron dari sel-sel tubuh kita menyebabkan kerusakan sel (Solution, Holistic Health, 2011). Peranan reaksi radikal bebas pada makhluk hidup telah menjadi objek penelitian yang banyak diminati. Secara garis besar yang banyak dipahami, radikal bebas berperan penting pada kerusakan jaringan dan proses patologi dalam organisme hidup

Radikal bebas diproduksi secara kontinyu oleh tubuh manusia sebagai akibat dari proses metabolisme. Radikal bebas yang terdapat dalam tubuh, menurut Aruoma dalam laporan penelitiannya yang bertajuk Free Radicals, Oxidative Stress and Antioxidants in Human Health and Disease adalah hidroksil, anion superoksida, hidrogen peroksida, asam hipoklorat, oksigen singlet dan peroksil (Holistic Health Solution, 2011).

Radikal Bebas


Radikal bebas adalah suatu atom, gugus atom atau molekul yang memiliki satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan pada orbital paling luar, termasuk diantaranya adalah atom hidrogen, logam-logam transisi dan molekul oksigen. Radikal bebas merupakan molekul yang tidak stabil karena kehilangan elektronnya. Untuk menjadi stabil, radikal bebas akan mengambil elektron dari molekul atau sel lain dalam tubuh kita. Proses pengambilan elektron dari sel-sel tubuh kita menyebabkan kerusakan sel (Solution, Holistic Health, 2011).

Peranan reaksi radikal bebas pada makhluk hidup telah menjadi objek penelitian yang banyak diminati. Secara garis besar yang banyak dipahami, radikal bebas berperan penting pada kerusakan jaringan dan proses patologi dalam organisme hidup. Radikal bebas yang terdapat dalam tubuh, menurut Aruoma dalam laporan penelitiannya yang bertajuk Free Radicals, Oxidative Stress and Antioxidants in Human Health and Disease adalah hidroksil, anion superoksida, hydrogen peroksida, asam hipoklorat, oksigen singlet dan peroksil (Holistic Health Solution, 2011).

Radikal bebas juga dapat terpapar dari lingkungan kedalam tubuh (eksogen) melalui asap rokok, radiasi, polusi lingkungan, sinar ultra violet, obat- obatan tertentu, pestisida, dan ozon. Adanya elektron tidak berpasangan menyebabkan radikal bebas secara kimiawi sangat reaktif. Jika dua radikal bebas bertemu, radikal- radikal tersebut dapat menggabungkan masing-masing elektron yang tidak berpasangan membentuk ikatan kovalen.

Ketika radikal bebas bereaksi dengan senyawa non-radikal, radikal yang baru akan terbentuk dan reaksi berantai dapat terjadi. Oleh karena itu radikal bebas memerlukan elektron yang berasal dari sekitarnya sehingga terjadi perpindahan elektron dari molekul donor ke molekul radikal untuk menjadikan radikal tersebut stabil. Antioksidan ini mampu mengubah sel-sel tubuh menjadi pengaman untuk melawan radikal bebas penyebab berbagai penyakit.

2 Likes

Radikal Bebas


Radikal bebas ialah atom, molekul, atau komponen yang sangat tak stabil karena struktur atomik atau molekularnya 24-29 Konfigurasi yang tak stabil ini diakibatkan adanya satu atau lebih elektron bebas yang tak berpasangan. Radikal bebas merupakan modulator alami dan fisiologis keseimbangan redoks seluler dan karenanya berperan dalam penyampaian sinyal dan pengkontrolan berbagai proses fisiologis maupun patofisiologis.

Radikal bebas dapat bermuatan positif, negatif, atau netral. Radikal bebas terbentuk sebagai senyawa intermediet di berbagai reaksi biokimia, namun jika terbentuk dalam jumlah yang berlebih, dapat mengganggu kestabilan berbagai makromolekul. Karakteristik yang menonjol dari senyawa radikal ialah reaktivitas kimianya yang tinggi, yang tidak hanya menimbulkan aktivitas biologik normal senyawa-senyawa tersebut, namun juga mampu menimbulkan kerusakan pada sel.

Reaksi

Agar menjadi molekul stabil, radikal bebas dapat mengalami berbagai reaksi, yaitu :

  1. Abstraksi hidrogen. Radikal berinteraksi dengan molekul lain yang memiliki atom hidrogen bebas (donor hidrogen). Akibatnya, radikal bebas menjadi stabil sedangkan donor hidrogen berubah menjadi radikal bebas.

  2. Adisi (penambahan). Radikal berikatan dengan molekul stabil, menghasilkan molekul kombinasi dengan struktur tak stabil.

  3. Terminasi. Dua buah molekul radikal bebas saling bereaksi menghasilkan molekul stabil.

  4. Disproporsionasi. Dua buah molekul radikal yang identik bereaksi satu dengan lainnya, di mana salah satu radikal menjadi donor elektron bagi radikal lainnya, menghasilkan dua buah molekul yang stabil.

Spesies Oksigen Reaktif


Dua puluh satu persen gas yang menyusun atmosfer adalah oksigen. Oksigen merupakan substansi yang esensial dibutuhkan untuk kehidupan karena perannya yang begitu besar dalam metabolisme sel untuk menghasilkan energi bagi kehidupan sel. Di dalam sel, 90% oksigen digunakan dalam rantai transport elektron di mitokondria oleh sitokrom oksidase.
Di samping kegunaannya dalam menjamin berlangungnya metabolisme sel yang adekuat, oksien juga memiliki potensi toksik. Struktur elektronik oksigen merupakan penyebab paradoks ini karena selain mendorong terjadinya reduksi oksigen yang bertahap yang berguna untuk membentuk ATP dalam rantai transpor elektron, juga menyebabkan terbentuknya radikal oksigen dan spesies oksigen reaktif (reactive oxygen species, ROS) yang mampu menyebabkan cedera sel.

Di dalam atom dan molekul, oksigen menempati regio yang dikenal sebagai orbit dengan setiap orbit mampu mengandung 2 molekul elektron, yang satu berputar searah jarum jam, dan elektron lain berputar berlawanan arah jarum jam. Saat orbit hanya mengandung 1 elektron (tidak berpasangan), molekul atau atom yang mengandung 1 elektron tak berpasangan disebut sebagai radikal bebas. Oksigen dikualiafikasikan sebagai radikal bebas karena mengandung 2 molekul oksigen yang tidak berpasangan, masing-masing terletak pada orbit yang berbeda dan berputar ke arah yang sama (spin paralel).

Jenis Radikal Bebas

  1. Anion superoksida (O2-)

    Merupakan molekul oksigen yang mengandung 1 elektron tak berpasangan, molekul ini dapat terbentuk dari O2 bebas dengan pemberian 1 elektron ke radikal bebas lain. Superoksida terutama dibentuk di rantai transpor elektron mitokondria yang membocorkan radikal bebas ke koenzim Q (KoQ), membentuk molekul KoQH+, meskipun radikal bebas tersebut terikat kuat ke enzim lain. Interaksi nonspesifik antara KoQH+ dan O2 menyebabkan terbentuknya superoksida.24 Spesies ini sangat reaktif namun memiliki kelarutan lemak yang terbatas sehingga tidak dapat berdifusi jauh.24,30 Juga dapat menghasilkan radikal hidroksil dan hidoperoksi yang lebih reaktif melalui reaksi dengan H2O2 dalam reaksi Haber-Weiss.
    image

  2. Radikal hidroksil (OH-)

    Radikal hidroksil mungkin merupakan spesies oksigen reaktif yang paling poten, dan mungkin menjadi inisiator reaksi berantai yang membentuk peroksida lemak dan radikal organik.24

  3. Hidrogen peroksida (H2O2)

    Hidrogen peroksida sebenarnya bukan suatu radikal. Molekul ini merupakan zat pengoksidasi, dan dengan adanya Fe2+ atau logam transisi lain, menghasilkan radikal hidroksil melalui reaksi Fenton. Reaksi Fenton :

    Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- + OH-

    Hidrogen peroksida bersifat larut lemak, dan karenanya dapat berdifusi dalam lemak dan menimbulkan kerusakan di membran lokal yang mengandung Fe2+ yang terletak jauh dari tempat pembentukan molekul itu sendiri.

    Pada granulosit sistem imun, H2O2 menghasilkan asam hipoklorit (HOCl) selama proses ledakan pernapasan.

Pembentukan Radikal Bebas


Radikal yang berasal dari oksigen dibangkitkan secara konstan sebagai bagian dari reaksi reduksi-oksidasi selama proses metabolisme aerob, baik fisiologis maupun patologis.10,18,24,27,30 Proses-proses yang secara alamiah menghasilkan molekul spesies oksigen reaktif di antaranya :

  1. Rantai respirasi mitokondria
    Radikal oksigen terbentuk di mitokondria saat terjadi reduksi oksigen pada rantai transport elektron.

  2. Reaksi yang dikatalisis oleh enzim yang menggunakan O2
    Enzim yang mengkatalisis reaksi yang melibatkan oksigen dapat diklasifikasikan sebagai oksidase atau oksigenase.

    • Oksidase
      Sitokrom c oksidase memindahkan elektron ke dalam O2, yang tereduksi menjadi H2O atau H2O2. enzim ini mengkatalisis reduksi 4 elektron O2 menjadi H2O. Sebagian besar oksidase di dalam sel membentuk hidrogen peroksida (H2O2) dan bukan H2O.24 Enzim ini biasanya ditemukan di dalam peroksisom atau mitokondria tempat H2O2 dibersihkan oleh 2 enzim pertahanan sel, katalase dan glutation peroksidase, Oksidase :
      O2 + 4e-,4H+ 2 H2O O2 + SH2 S + H2O

    • Oksigenase
      Oksigenase memasukkan molekul oksigen ke dalam substrat enzim tersebut. Oksigenase terdiri atas monooksigenase dan dioksigenase. Monooksigenase memasukkan 1 atom oksigen ke dalam substrat dan 1 atom oksigen lain ke dalam H2O. Monooksigenase juga dikenal sebagai hidroksilase. Monooksigenase memerlukan sebuah substrat donor elektron misalnya NADPH, suatu koenzim misalnya FAD yang dapat memindahkan elektron tunggal, dan logam atau senyawa serupa untuk membentuk kompleks oksigen reaktif.

      Sitokrom P450 merupakan salah satu dari superfamili monooksigenase yang menghidroksilasi banyak senyawa fisiologis seperti steroid dan asam lemak, dan banyak senyawa xenibiotik seperti obat, karsingen, dan bahan lingkungan. Sitokrom P450 terdapat dalam jumlah ekstensif di hati. Dioksigenase memasukkan 2 molekul oksigen ke dalam substrat, ditemukan di jalur yang mengubah arakhidonat menjadi prostagandin, tromboksan, dan leukotrien. Monoooksigenase :
      O2 + S + donor elektron-XH2 H2O + donor elektron-X + S-OH

      Dioksigenase :
      S + O2 SO2

  3. Ledakan pernapasan selama fagositosis oleh granulosit sistem imun Selama fagositosis terjadi pembebasan spesies oksigen reaktif.

Ledakan pernapasan (respiratory burst) yang terjadi di dalam sel granulomatosit, seperti makrofag, neutorfil, dan eosinofil, sebagai respon terhadap agen patologis ataurangsangan lain merupakan sumber utama anion superoksida (O2-), H2O2, radikal hidroksil (OH-), radikal hipoklorit (HOCl), nitorgen monoksida (NO), dan radikal bebas lainnya. Proses pembentukan spesies oksgen reaktif ini diamksudkan untuk merusak membran dan komponen sel lain dari agen patogen.

Di samping pembentukan yang terjadi secara kontinu di dalam tubuh, radikal bebas juga dapat berasal dari lingkungan eksogen. Beberapa keadaan patologis yang memicu produksi spesies oksigen reaktif secara berlebihan dalam sel di antaranya:

  • Sel yang terpajan lingkungan abnormal seperti hipoksia atau hiperoksia membangkitkan radikal oksigen dalam jumlah besar.
  • Beberapa obat, misalnya obat untuk kanker, memiliki efek oksidasi terhadap sel dan mengakibatkan produksi radikal oksigen dalam sel tersebut.
  • Ionizing radiation dikenal mampu membangkitkan radikal oksigen dalam sistem biologis.

Efek Radikal bebas pada Biologis


Spesies oksigen reaktif bersifat toksik karena ketidakstabilan konformasinya yang menjadikannya sangat reakif terhadap berbagai komponen penyusun sel, seperti protein, lemak membran, karbohidrat, dan asam nukleat.

  1. Efek pada karbohidrat
    Radikal hidroksil bereaksi dengan karbohidrat dengan mengabstraksi atom hidrogen dari salah satu atom karbon, menghasilkan radikal karbonil. Hal ini menyebabkan pemutusan rantai karbohidrat pada molekul seperti asam hyaluronat.

  2. Efek pada protein
    Oksidasi asam amino dapat menimbulkan perubahan konformasi hingga fragmentasi, pembentukan ikatan-silang dan agregasi protein, serta kerentanan terhadap digesti proteolitik oleh enzim-enzim seluler.

    Asam amino yang terutama rentan terhadap kerusakan oksidatif, terutama akibat radikal hidroksil, adalah prolin, histidin, arginin, sistein, dan metionin.

  3. Efek pada lemak membran
    Peroksidasi molekul lemak selalu mengubah atau merusak struktur molekul lemak. Asam lemak utama yang mengalami peroksidasi lemak di dalam membran sel adalah asam lemak tak jeuh ganda (polyunsaturated fatty acid, PUFA). Peroksidasi lipid diinisiasi dengan abstraksi atom hidrogen dari rantai samping PUFA, menyebabkan pembentukan radikal peroksil (ROO-). Selain merusak enzim reseptor protein intramembran, radikal peroksil juga dapat mengabstraksi atom H+ dari rantai asam lemak lain, sehingga proses peroksidasi lipid selanjutnya terinisiasi, membentuk semakin banyak peroksida lipid. Peroksidasi lipid dapat menjadi ekstensif setelah suatu kejadian inisial awal karena radikal yang dihasilkan dapat mereinisiasi peroksidasi lipid selanjutnya.

    Lipid peroksida dalam membran mengganggu fungsi membran dengan mengubah fluiditas membran, menyebabkan ion-ion seperti Ca2+ masuk ke dalam sel dan mengganggu fungsi makromolekul lain. Selain menyebabkan degradasi membran lemak, proses peroksidasi lipid juga menyebabkan terbentuknya berbagai produk seperti malondialdehid serta etana dan pentana. Malondialdehid menimbulkan ikatan-silang pada protein.

  4. Efek pada asam nukleat
    Radikal hidroksil dapat memicu pemutusan rantai DNA serta perubahan deoksiribosa serta basa purin dan pirimidin. Pada manusia, kerusakan oksidatif terhadap DNA diperkirakan mencapai sekitar 104 per sel per hari. Jika mekanisme perbaikan DNA yang ada tidak mampu mengatasi mutasi yang terjadi, dapat terjadi kerusakan permanen DNA yang menyebabkan mutasi di tingkat fenotip.

    ROS tidak selalu menimbulkan efek negatif. ROS dibangkitkan dalam tubuh dengan tujuan tertentu. Fagosit menghasilkan ROS untuk membunuh patogen. ROS juga terlibat dalam berbagai proses signaling intra dan interseluler. Sebagai contoh, penambahan superoksida atau hidrogen peroksida pada sel-sel yang dikultur terbukti meningkatkan laju replikasi DNA dan proliferasi sel, dengan kata lain, ROS berfungsi sebagai mitogen.

2 Likes

Radikal bebas merupakan molekul yang kehilangan satu buah elektron dari pasangan elektron bebasnya dan terbentuk dari dua cara, yaitu secara endogen sebagai respon normal dari peristiwa biokimia dalam tubuh dan secara eksogen dari polusi dari luar tubuh yang bereaksi didalam tubuh (Supari (1995) dalam Nurmillah (2009)). Molekul radikal ini menjadi tidak stabil dan mudah bereaksi dengan molekul lainnya sehingga terbentuk molekul radikal baru. Radikal bebas yang didapat secara endogen terbentuk akibat aktivitas tubuh diantaranya aktivitas autooksidasi, oksidasi enzimatik, organel subseluler, aktivitas ion transisi, dan berbagai sistem enzim lainnya (Benito dan Kurnani (2001) dalam Darmawan dan Artanti (2006)).

Menurut Wijaya (1996) dan Amrun (2004) dalam Darmawan dan Artanti (2006), Akumulasi radikal bebas dapat menimbulkan penyakit yang bersifat degeneratif seperti kanker, tekanan darah tinggi, penyakit jantung koroner, katarak, diabetes, dan rematik arthritis. Keberadaan radikal bebas sebenarnya berperan untuk pemeliharaan kesehatan karena sifatnya yang reaktif untuk mengikat molekul asing yang masuk kedalam tubuh. Ketidakseimbangan antara jumlah radikal bebas dan antioksidan dalam tubuh dapat mengganggu sistem metabolisme yang diakibatkan oleh radikal bebas yang menyerang lipid, DNA, dan protein komponen sel dan jaringan (Helliwel dan Gutteridge (1989); Sumarsi dan Slamet (1992) dalam Darmawan dan Artanti (2006)). Keberadaan radikal bebas dalam tubuh dapat dikurangi dengan adanya antioksidan yang akan berikatan dengan elektron dari radikal bebas sehingga keadaannya menjadi stabil.

1 Like