RADIKAL BEBAS

Pendahuluan

Pada proses metabolisme normal, tubuh memproduksi partikel kecil dengan tenaga besar disebut sebagai radikal bebas. Atom atau molekul dengan elektron bebas ini dapat digunakan untuk menghasilkan tenaga dan beberapa fungsi fisiologis seperti kemampuan untuk membunuh virus dan bakteri. Namun oleh karena mempunyai tenaga yang sangat tinggi, zat ini juga dapat merusak jaringan normal apabila jumlahnya terlalu banyak. Radikal bebas dapat mengganggu produksi DNA, lapisan lipid pada dinding sel, mempengaruhi pembuluh darah, dan produksi prostaglandin.Radikal bebas juga dijumpai pada lingkungan, beberapa logam (misalnya besi, tembaga), asap rokok, polusi udara, obat, bahan beracun, makanan dalam kemasan, bahan aditif, dan sinar ultraviolet dari matahari maupun radiasi.

Definisi Radikal bebas adalah sekelompok bahan kimia baik berupa atom maupun molekul yang memiliki elektron tidak berpasangan pada lapisan luarnya. Merupakan juga suatu kelompok bahan kimia dengan reaksi jangka pendek yang memiliki satu atau lebih elektron bebas. Radikal bebas adalah atom atau molekul yang memiliki elektron tidak berpasangan (unpaired electron). Adanya elektron yang tidak berpasangan menyebabkan senyawa tersebut sangat reaktif mencari pasangan, dengan cara menyerang dan mengikat elektron molekul yang berada di sekitarnya. Target utama radikal bebas adalah protein, asam lemak tak jenuh dan lipoprotein, serta unsur DNA termasuk karbohidrat. Dari molekul-molekul target tersebut, yang paling rentan terhadap serangan radikal bebas adalah asam lemak tak jenuh. Senyawa radikal bebas di dalam tubuh dapat merusak asam lemak tak jenuh ganda pada membran sel sehingga dinding sel menjadi rapuh, merusak basa DNA sehingga mengacaukan sistem genetika, dan berlanjut pada pembentukan sel kanker (Winarsi, 2007. bahwa radikal bebas memiliki dua sifat, yaitu :

1. Reaktivitas tinggi, karena kecenderungan menarik elektron.2. Dapat mengubah suatu molekul menjadi suatu radikal

Struktur kimia

Atom terdiri dari nukleus, proton, dan elektron. Jumlah proton (bermuatan positif) dalam nukleus menentukan jumlah dari elektron (bermuatan negatif) yang mengelilingi atom tersebut. Elektron berperan dalam reaksi kimia dan merupakan bahan yang menggabungkan atom-atom untuk membentuk suatu molekul. Elektron mengelilingi, atau mengorbit suatu atom dalam satu atau lebih lapisan. Jika satu lapisan penuh, elektron akan mengisi lapisan kedua. Lapisan kedua akan penuh jika telah memiliki 8 elektron, dan seterusnya. Gambaran struktur terpenting sebuah atom dalam menentukan sifat kimianya adalah jumlah elektron pada lapisan luarnya. Suatu bahan yang elektron lapisan luarnya penuh tidak akan terjadi reaksi kimia. Karena atom-atom berusaha untuk mencapai keadaan stabilitas maksimum, sebuah atom akan selalu mencoba untuk melengkapi lapisan luarnya dengan :

a. Menambah atau mengurangi elektron untuk mengisi maupun mengosongkan lapisan luarnya.

b. Membagi elektron-elektronnya dengan cara bergabung bersama atom yang lain dalam rangka melegkapi lapisan luarnya.

Atom sering kali melengkapi lapisan luarnya dengan cara membagi elektron-elektron bersama atom yang lain. Dengan membagi elektron, atom-atom tersebut bergabung bersama dan mencapai kondisi stabilitas maksimum untuk membentuk molekul. Oleh karena radikal bebas sangat reaktif, maka mempunyai spesifitas kimia yang rendah sehingga dapat bereaksi dengan berbagai molekul lain, seperti protein, lemak, karbohidrat, dan DNA.Dalam rangka mendapatkan stabilitas kimia, radikal bebas tidak dapat mempertahankan bentuk asli dalam waktu lama dan segera berikatan dengan bahan sekitarnya. Radikal bebas akan menyerang molekul stabil yang terdekat dan mengambil elektron, zat yang terambil

elektronnya akan menjadi radikal bebas

juga sehingga akan memulai suatu reaksi berantai, yang akhirnya terjadi kerusakan sel tersebut.1,2

 

Gambar 1. Struktur kimia radikal bebas

Radikal bebas dapat terbentuk in-vivo dan in-vitro secara :1. Pemecahan satu molekul normal secara homolitik menjadi dua. Proses ini jarang

terjadi pada sistem biologi karena memerlukan tenaga yang tinggi dari sinar ultraviolet, panas, dan radiasi ion.

2. Kehilangan satu elektron dari molekul normal 3. Penambahan elektron pada molekul normal

Pada radikal bebas elektron yang tidak berpasangan tidak mempengaruhi muatan elektrik dari molekulnya, dapat bermuatan positif, negatif, atau netral.

Tipe radikal bebas dalam tubuh

Radikal bebas terpenting dalam tubuh adalah radikal derivat dari oksigen yang disebut kelompok oksigen reaktif (reactive oxygen species/ROS), termasuk didalamnya adalah triplet (3O2), tunggal (singlet/1O2), anion superoksida (O2

.-), radikal hidroksil (-OH), nitrit oksida (NO-), peroksinitrit (ONOO-), asam hipoklorus (HOCl), hidrogen peroksida (H2O2), radikal alkoxyl (LO-), dan radikal peroksil (LO-2).Radikal bebas yang mengandung karbon (CCL3-) yang berasal dari oksidasi radikal molekul organik. Radikal yang mengandung hidrogen hasil dari penyerangan atom H (H-). Bentuk lain adalah radikal yang mengandung sulfur yang diproduksi pada oksidasi glutation menghasilkan radikal thiyl (R-S-). Radikal yang mengandung nitrogen juga ditemukan, misalnya radikal fenyldiazine.2,3

Tabel 1: Radikal bebas biologis

Kelompok oksigen reaktif

O2·⁻ Radikal Superoksida (Superoxide radical)·OH Radikal hidroksil (Hydroxyl radical)ROO· Radikal peroksil (Peroxyl radical)H2O2 Hydrogen peroksida (Hydrogen peroxide)1O2 Oksigen tunggal (Singlet oxygen)NO· Nitrit oksida (Nitric oxide)ONOO⁻ Nitrit peroksida (Peroxynitrite)HOCl Asam hipoklor (Hypochlorous acid)

Tabel II. Beberapa macam Reactive Oxygen Species (ROS) dan antioksidan yang menetralkannya (Percival, 1998)

ROS Neutralizing AntioxidantsRadikal Hidroksil Vitamin C, glutation, flavonoid, asam lipoatRadikal Superoksida Vitamin C, glutation, flavonoid, superoksida dismutasePeroksida Hidrogen Vitamin C, glutation, flavonoid, beta karoten, vitamin E, asam lipoatPeroksida Lipid Vitamin E, beta karoten, ubikuinon, flavonoid, glutation peroksidase

Sumber radikal bebas

Radikal bebas yang ada ditubuh manusia berasal dari 2 sumber :a. Endogen b. Eksogen

a. Sumber endogen

1. Autoksidasi : Merupakan produk dari proses metabolisme aerobik. Molekul yang mengalami autoksidasi berasal dari katekolamin, hemoglobin, mioglobin, sitokrom C yang tereduksi, dan thiol. Autoksidasi dari molekul diatas menghasilkan reduksi dari oksigen diradikal dan pembentukan kelompok reaktif oksigen. Superoksida merupakan bentukan awal radikal. Ion ferrous (Fe II) juga dapat kehilangan

elektronnya melalui oksigen untuk membuat superoksida dan Fe III melalui proses autoksidasi.1,2

2. Oksidasi enzimatikBeberapa jenis sistem enzim mampu menghasilkan radikal bebas dalam jumlah yang cukup bermakna, meliputi xanthine oxidase (activated in ischemia-reperfusion), prostaglandin synthase, lipoxygenase, aldehyde oxidase, dan amino acid oxidase. Enzim myeloperoxidase hasil aktifasi netrofil, memanfaatkan hidrogen peroksida untuk oksidasi ion klorida menjadi suatu oksidan yang kuat asam hipoklor.4

3. Respiratory burstMerupakan terminologi yang digunakan untuk menggambarkan proses dimana sel fagositik menggunakan oksigen dalam jumlah yang besar selama fagositosis. Lebih kurang 70-90 % penggunaan oksigen tersebut dapat diperhitungkan dalam produksi superoksida. Fagositik sel tersebut memiliki sistem membran bound flavoprotein cytochrome-b-245 NADPH oxidase. Enzim membran sel seperti NADPH-oxidase keluar dalam bentuk inaktif. Paparan terhadap bakteri yang diselimuti imunoglobulin, kompleks imun, komplemen 5a, atau leukotrien dapat mengaktifkan enzim NADPH-oxidase. Aktifasi tersebut mengawali respiratory burst pada membran sel untuk memproduksi superoksida. Kemudian H2O2 dibentuk dari superoksida dengan cara dismutasi bersama generasi berikutnya dari OH dan HOCl oleh bakteri.5,6

b. Sumber eksogen

1. Obat-obatan : Beberapa macam obat dapat meningkatkan produksi radikal bebas dalam bentuk peningkatan tekanan oksigen. Bahan-bahan tersebut bereaksi bersama hiperoksia dapat mempercepat tingkat kerusakan. Termasuk didalamnya antibiotika kelompok quinoid atau berikatan logam untuk aktifitasnya (nitrofurantoin), obat kanker seperti bleomycin, anthracyclines (adriamycin), dan methotrexate, yang memiliki aktifitas pro-oksidan. Selain itu, radikal juga berasal dari fenilbutason, beberapa asam fenamat dan komponen aminosalisilat dari sulfasalasin dapat menginaktifasi protease, dan penggunaan asam askorbat dalam jumlah banyak mempercepat peroksidasi lemak.2,4

2. Radiasi :Radioterapi memungkinkan terjadinya kerusakan jaringan yang disebabkan oleh radikal bebas. Radiasi elektromagnetik (sinar X, sinar gamma) dan radiasi partikel (partikel elektron, photon, neutron, alfa, dan beta) menghasilkan radikal primer dengan cara memindahkan energinya pada komponen seluler seperti air. Radikal primer tersebut dapat mengalami reaksi sekunder bersama oksigen yang terurai atau bersama cairan seluler.1

3. Asap rokok :Oksidan dalam rokok mempunyai jumlah yang cukup untuk memainkan peranan yang besar terjadinya kerusakan saluran napas. Telah diketahui bahwa oksidan asap tembakau menghabiskan antioksidan intraseluler dalam sel paru (in vivo) melalui mekanisme yang dikaitkan terhadap tekanan oksidan. Diperkirakan bahwa tiap hisapan rokok mempunyai bahan oksidan dalam jumlah yang sangat besar, meliputi aldehida, epoxida, peroxida, dan radikal bebas lain yang mungkin cukup berumur panjang dan bertahan hingga menyebabkan kerusakan alveoli. Bahan lain seperti nitrit oksida, radikal peroksil, dan radikal yang mengandung karbon ada dalam fase gas. Juga mengandung radikal lain yang relatif stabil dalam fase tar. Contoh radikal dalam fase tar meliputi semiquinone moieties dihasilkan dari bermacam-macam quinone dan

hydroquinone. Perdarahan kecil berulang merupakan penyebab yang sangat mungkin dari desposisi besi dalam jaringan paru perokok. Besi dalam bentuk tersebut meyebabkan pembentukan radikal hidroksil yang mematikan dari hidrogen peroksida. Juga ditemukan bahwa perokok mengalami peningkatan netrofil dalam saluran napas bawah yang mempunyai kontribusi pada peningkatan lebih lanjut konsentrasi radikal bebas.1,2

Pembentukan radikal bebas dalam sel

Radikal bebas diproduksi dalam sel yang secara umum melalui reaksi pemindahan elektron, menggunakan mediator enzimatik atau non-enzimatik. Produksi radikal bebas dalam sel dapat terjadi secara rutin maupun sebagai reaksi terhadap rangsangan. Secara rutin adalah superoksida yang dihasilkan melalui aktifasi fagosit dan reaksi katalisa seperti ribonukleotida reduktase. Sedang pembentukan melalui rangsangan adalah kebocoran superoksida, hidrogen peroksida dan kelompok oksigen reaktif (ROS) lainnya pada saat bertemunya bakteri dengan fagosit teraktifasi. Pada keadaan normal sumber utama radikal bebas adalah kebocoran elektron yang terjadi dari rantai transport elektron, misalnya yang ada dalam mitokondria dan endoplasma retikulum dan molekul oksigen yang menghasilkan superoksida. Dalam kondisi yang tidak lazim seperti radiasi ion, sinar ultraviolet, dan paparan energi

tinggi lainnya, dihasilkan radikal bebas yang sangat berlebihan.1,5

Gambar 2. Sistem oksigen aktif

Reaksi perusakan oleh radikal bebas

Definisi tekanan oksidatif (oxidative stress) adalah suatu keadaan dimana tingkat oksigen reaktif intermediate (ROI) yang toksik melebihi pertahanan anti-oksidan endogen. Keadaan ini mengakibatkan kelebihan radikal bebas, yang akan bereaksi dengan lemak, protein, asam nukleat seluler, sehingga terjadi kerusakan lokal dan disfungsi organ tertentu. Lemak merupakan biomolekul yang rentan terhadap serangan radikal bebas.

a. Peroksidasi lemak

Membran sel kaya akan sumber poly unsaturated fatty acid (PUFA), yang mudah dirusak oleh bahan-bahan pengoksidasi; proses tersebut dinamakan peroksidasi lemak. Hal ini sangat merusak karena merupakan suatu proses berkelanjutan. Pemecahan hidroperoksida lemak sering melibatkan katalisis ion logam transisi.1,2

LH + R·® L·+ RHL· + O2® LOO·LOO· + L'H ® LOOH + L'·

LOOH ® LO·, LOO·, aldehydes.

b. Kerusakan protein

Protein dan asam nukleat lebih tahan terhadap radikal bebas daripada PUFA, sehingga kecil kemungkinan dalam terjadinya reaksi berantai yang cepat. Serangan radikal bebas terhadap protein sangat jarang kecuali bila sangat ekstensif. Hal ini terjadi hanya jika radikal tersebut mampu berakumulasi (jarang pada sel normal), atau bila kerusakannya terfokus pada daerah tertentu dalam protein. Salah satu penyebab kerusakan terfokus adalah jika protein berikatan dengan ion logam transisi.1,2

c. Kerusakan DNA

Seperti pada protein kecil kemungkinan terjadinya kerusakan di DNA menjadi suatu reaksi berantai, biasanya kerusakan terjadi bila ada lesi pada susunan molekul, apabila tidak dapat diatasi, dan terjadi sebelum replikasi maka akan terjadi mutasi. Radikal oksigen dapat menyerang DNA jika terbentuk disekitar DNA seperti pada radiasi biologis.7

Pertahanan sel terhadap radikal bebas

Sifat reaktif yang tersebar dari sistem pembentukan radikal dalam sel menyebabkan evolusi mekanisme pertahanan terhadap efek perusakan suatu bahan teroksidasi kuat. Gambar dibawah ini menunjukkan aktifitas enzim intraseluler tersebut. SOD (superoksida dismutase dan katalase) mengkatalisasi dismutasi dari superoksida dan hidrogen peroksida. GSH (glutation) peroksidase mereduksi peroksida hidrogen dan organik menjadi air dan alkohol. GSH S-transferase melakukan pemindahan residu glutation menjadi metabolit elektrofilik reaktif dari xenobiotic. Produksi glutation teroksidasi (GSSG) direduksi secara cepat oleh reaksi yang menggunakan NADPH yang dihasilkan dari berbagai sistem intraseluler, diantaranya hexose-

monophosphate shunt. Berbagai isoenzim organel spesifik dari dismutase superoksida juga ditemukan. SOD Zn, Cu merupakan sitoplasmik, sedangkan enzim

Zn, Mn mitokondrial. Isoenzim ini tidak ditemukan dalam cairan ekstraseluler.

Gambar 3. Enzim-enzim pertahanan antioksidanBeberapa bahan tereduksi (tabel 3) juga bekerja sebagai antioksidan, reduksi kelompok radikal aktif seperti radikal peroksi dan hidroksi menjadi bentuk yang kurang reaktif misalnya air. Seperti halnya pembangkitan kembali oksigen singlet. Penggabungan tersebut juga mengakhiri reaksi radikal berantai. Pertahanan antioksidan kimiawi bagai pedang bermata dua. Pertama, saat bahan tereduksi menjadi radikal maka derivat radikalnya juga terbentuk. Sehingga, jika suatu radikal sangat tidak stabil, reaksi radikal berantai mungkin akan berlanjut. Kedua, bahan tereduksi dapat mereduksi oksigen menjadi superoksida atau peroksida merupakan radikal hidroksil dalam reaksi auto-oksidasi. Ascorbat dan asam urat dapat berfungsi sebagai anti oksidan, ikut serta secara langsung dalam auto-oksidasi, baik melalui reduksi aktifator oksigen lain seperti rangkaian logam transisi atau quinone, atau bertindak sebagai kofaktor enzim. Proses tersebut dapat melibatkan kemampuan askorbat untuk depolimerisasi DNA, hambatan Na+/K+ ATPase otak, potensiasi toksisitas paraquat, dan sebagai mediator peroksidasi lemak. Juga mempunyai kontribusi kelainan patofisiologi dari metabolisme purin. Sifat yang sesungguhnya campuran pro atau antioksidan untuk bahan pereduksi khusus adalah integrasi kompleks dari beberapa faktor. Pada kasus zat pembersih radikal hidroksil, produk dari interaksi radikal dengan antioksidan umumnya kurang reaktif dibanding radikal hidroksil. Radikal yang terbentuk tersebut cukup stabil dan dalam konsentrasi cukup tinggi namun dapat terjadi mekanisme seperti pada glutation dan superoksida. pH sangat mempengaruhi reduksi langsung oksigen menjadi superoksida oleh senyawa sulfidril, sedangkan faktor lokal lainnya seperti konsentrasi molar dari molekul oksigen juga punya peranan penting. Oksigen singlet dan bagian triplet molekul yang tereksitasi mungkin disempurnakan melalui interaksi bersama sistem konjugasi sistem diene seperti yang ditemukan pada karoten, tokoferol, atau melanin. Seperti antioksidan pereduksi, senyawa tersebut dapat juga menghasilkan jenis elektron aktif dan mungkin juga penyakit.

Tabel III. Antioksidan dan enzim pembersih (scavenging)

AntioksidanGlutathione

SulfhydrylVitamin C

Vitamin E

β-caroteneUric acid

Bilirubin Coenzyme Q 10

Antioksidan utama didalam dan diluar sel. Dalam sel 2-10 mM, plasma 5-25 μMCysteine dan homocysteineAntioksidan hidrofilik pada ekstraseluler 40-140 μM dalam plasma Pembersih pada ruang hidrofobik dalam plasma terikat pada LDL 0.5-1.6 mg/dl (10-40 μM)0.055 mg/dl Hasil metabolik adenosin dan xantine. Antioksidan kuat terhadap radikal hidroksil (HO●) Antiokasidan hidrofobik terikat pada albumin 20 μM0.08 mg/dl

Enzim pembersihSOD

Cu/Zn-SODMn-SOD

Extracelluler SOD (EC-SOD)Catalase GSH peroxidaseGSSG reductase

Terdapat pada semua sel mamaliaSitosol, eritrosit 2300 unit/g HbMitokondriaPlasma dan endotel permukaan, terikat pada heparin

Peroksisum, RBC 153.000 unit/g HbSitosol (75%), mitokondria (25%)NADPH dependent

Thioredoxin system Regulasi redokBinding protein

Albumin CeruloplasminTransferin

Antioksidan kuat 0.5 mM dalam plasmaAktifitas feroksidase 15-60 mg/dl plasma Membersihkan Fe bebas 200-400 mg/dl

Metalothionein Membersihkan logam berat

IX. Metabolisme antioksidan dalam liver

Liver adalah organ utama untuk membersihkan zat-zat toksin berasal dari bakteri maupun zat kimia seperti indotoksin, oksidan, dan pro-oksidan. Untuk melakukan detoksikasi dari bahan berbahaya tersebut, liver mengandung antioksidan dengan berat molekul rendah dan enzim yang merusak kelompok oksigen reaktif (reactive oxygen species. ROS) yaitu glutation tereduksi (GSH), vitamin C, vitamin E, superoksid dismutase (SOD), glutation peroksidase, dan katalase.

http://eprints.undip.ac.id/31261/3/Bab_2.pdf

Efek berbahaya radikal bebas

Saat ini ditemukan bahwa ternyata radikal bebas berperan dalam terjadinya berbagai

penyakit. Hal ini dikarenakan radikal bebas adalah spesi kimia yang memiliki pasangan

elektron bebas di kulit terluar sehingga sangat reaktif dan mampu bereaksi dengan protein,

lipid, karbohidrat, atau DNA. Reaksi antara radikal bebas dan molekul itu berujung pada

timbulnya suatu penyakit.

Efek oksidatif radikal bebas dapat menyebabkan peradangan dan penuaan dini. Lipid yang

seharusnya menjaga kulit agar tetap segar berubah menjadi lipid peroksida karena bereaksi

dengan radikal bebas sehingga mempercepat penuaan. Kanker pun disebabkan oleh oksigen

reaktif yang intinya memacu zat karsinogenik, sebagai faktor utama kanker. Selain itu,

oksigen reaktif dapat meningkatkan kadar LDL (low density lipoprotein) yang kemudian

menjadi penyebab penimbunan kolesterol pada dinding pembuluh darah. Akibatnya timbullah

atherosklerosis atau lebih dikenal dengan penyakit jantung koroner. Di samping itu

penurunan suplai darah atau ischemic karena penyumbatan pembuluh darah serta Parkinson

yang diderita Muhammad Ali menurut patologi juga dikarenakan radikal bebas.

Tipe radikal bebas turunan oksigen reaktif sangat signifikan dalam tubuh. Oksigen reaktif ini

mencakup superoksida (O`2), hidroksil (`OH), peroksil (ROO`), hidrogen peroksida (H2O2),

singlet oksigen (O2), oksida nitrit (NO`), peroksinitrit (ONOO`) dan asam hipoklorit (HOCl).

Radikal bebas dapat merusak sel tubuh apabila tubuh kekurangan zat anti oksidan atau saat tubuh kelebihan radikal bebas. Hal ini dapat menyebabkan berkembangnya sel kanker, penyakit hati, arthritis, katarak, dan penyakit degeneratif lainnya, bahkan juga mempercepat proses penuaan.

ANTIOKSIDAN

Mekanisme antioksidan

Secara garis besar, mekanisme penangkapan radikal bebas dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu secara enzimatik dan non-enzimatik. Enzim yang dapat berperan sebagai antioksidan adalah superoksida dismutase, katalase, glutation peroksidase, dan glutation reduktase (Winarsi, 2007).

Secara non-enzimatik, senyawa antioksidan bekerja melalui empat cara, yaitu sebagai berikut:

a.       penangkap radikal bebas, misalnya vitamin C dan vitamin E,

b.      pengkelat logam transisi, misalnya EDTA,

c.       inhibitor enzim oksidatif, misalnya aspirin dan ibuprofen, dan

d.      kofaktor enzim antioksidan, misalnya selenium sebagai kofaktor glutation peroksidase.

Aktivitas senyawa polifenol sebagai antioksidan meliputi tiga mekanisme sebagai berikut.

(a)    Aktivitas penangkapan radikal seperti reactive oxygen species (ROS) ataupun radikal yang dihasilkan dari peroksidasi lipid seperti R’, RO’ dan ROO’ dengan proses transfer elektron melalui atom hidrogen,

(b)   mencegah spesies senyawa reaktif produksi katalisis transisi metal seperti reaksi melalui khelasi metal, dan

(c)    interaksi dengan antioksidan lainnya, seperti lokalisasi dan penggabungan dengan antioksidan lainnya.

Penggolongan antioksidan

Menurut sumbernya, antioksidan dapat digolongkan menjadi dua macam, yaitu antioksidan sintetik dan alami.

a.    Antioksidan sintetik

Antioksidan sintetik merupakan antioksidan yang dibuat melalui sintesis secara kimia, contohnya: ter-butyl hidroquinone (tBHQ), butylated hydroxyanisole (BHA), butylated hydroxytoluene (BHT), dan propil galat (PG). Konsentrasi rendah dari antioksidan tBHQ dan BHA telah lama digunakan untuk mencegah oksidasi dari produk makanan sehingga dapat menstabilkan produk tersebut (nutrisi, rasa, maupun warna). Dalam konsentrasi yang tinggi, tBHQ dapat menyebabkan kanker. Penyebabnya adalah metabolit dari oksidasi tBHQ, yaitu

2-tertbutyl-1,4-benzoquinone (tBBQ) dan ROS (Gharavi, Haggarty, dan El-Kadi, 2007).  Peters, Rivera, Jones, Monks, dan Lau pada tahun 1996 melaporkan bahwa antioksidan sintetik, yaitu tBHQ dan 3-tert-butyl-4-hydroxyanisole dapat mempromosi karsinogenesis renal dan kandung kemih pada tikus. Walaupun dalam penelitian tersebut tidak diketahui secara pasti mekanisme karsinogenesisnya. Begitu pula dengan BHA dan BHT, dalam konsentrasi tinggi dan penggunaan yang lama, BHA dapat menginduksi tumor pada perut hewan uji sedangkan BHT dapat menginduksi tumor pada liver hewan uji. Semua publikasi juga setuju dengan fakta tersebut. Lain halnya vitamin E yang merupakan antioksidan alami tidak memiliki sifat karsinogenik (Parke dan Lewis, 1992; Kahl dan Kappus, 1993). BHT yang diadministrasikan secara kronis terhadap mencit menyebabkan menurunnya konsentrasi alpha isozyme of protein kinase C (PKCa) dalam paru-paru sehingga dapat menginisiasi terjadinya tumor (Kahl, 1984; dan Malkinson, 1999).

b.    Antioksidan alami

Antioksidan alami merupakan antioksidan yang diproduksi langsung oleh tanaman maupun tubuh, contohnya: senyawa polifenol flavonoid, tanin, katalase dan glutation peroksidase bekerja dengan cara mengubah H2O2 menjadi H2O dan O2, sedangkan superoksid dismutase bekerja dengan cara mengkatalisis reaksi dismutasi dari radikal anion superoksida menjadi H2O2.

Contoh Antioksidan

Contoh antioksidan primer adalah Superoksida Dismustase (SOD), Glutation Peroksidase (GPx), dan protein pengikat logam. Yang kedua adalah antioksidan skunder yang bekerja dengan cara mengkhelat logam yang bertindak sebagai pro-oksidan, menangkap radikal dan mencegah terjadinya reaksi berantai. Contohnya: Vitamin E, Vitamin C, b karoten. Dan terakhir antioksidan tersier yang bekerja memperbaiki kerusakan biomolekul yang disebabkan radikal bebas. Contohnya enzim-enzim yang memperbaiki DNA dan metionin sulfosida reduktase.

Manfaat antioksidan

Antioksidan bermanfaat dalam mencegah kerusakan oksidatif yang disebabkan radikal bebas dan ROS sehingga mencegah terjadinya berbagai macam penyakit seperti penyakit kardiovaskuler, jantung koroner, kanker, serta penuaan dini. Penambahan antioksidan ke dalam formulasi makanan, juga efektif mengurangi oksidasi lemak yang menyebabkan ketengikan, toksisitas, dan destruksi biomolekul yang ada dalam makanan.

Radikal Bebas dan Antioksidan

Radikal Bebas Image

Bahan polimer, seperti plastic, styrofoam, dan karet, adalah material yang sering kita pakai sehari-hari. Berbicara tentang pembuatan polimer maka salah satu aspek yang perlu dipahami ialah mengenai radikal bebas dan antioksidan.

Radikal bebas tidak saja mendapat perhatian di dunia ilmu bahan, tapi juga di dunia kedokteran dan farmasi. Radikal bebas adalah suatu molekul aktif yang dianggap ikut berperan pada timbulnya banyak penyakit yang dialami manusia. Contohnya pada penyakit arthritis (persendian) dan keracunan yang disebabkan oleh beberapa zat kimia termasuk alkohol. Selama bertahun-tahun pula para peneliti menduga ada hubungan antara molekul radikal dan kanker, atau antara radikal dengan proses penuaan. Demikian juga, pada waktu terjadi serangan jantung, yaitu ketika gumpalan darah menyumbat aliran dalam pembuluh darah. Yang lebih berbahaya ialah bukan berkurangnya pasokan oksigen ke dalam otot jantung saat pembuluh darah tersumbat, tapi terjadinya semburan radikal bebas mendadak yang dilepaskan pada saat aliran darah yang mengandung　 banyak oksigen yang tadinya tersumbat itu kembali mengalir. Dengan pemahaman radikal bebas ini, para ahli kimia sekarang optimis untuk bisa mendesain obat yang bisa menangkap radikal-radikal bebas tersebut. Sebuah universitas pusat penelitian di Inggris telah didirikan hanya untuk meneliti pengaruh radikal bebas pada makhluk hidup dan pengembangan obat-obatannya.

Apakah yang dimaksud dengan radikal bebas? Salah satu contoh tipikal dan dianggap sebagai radikal bebas paling reaktif terhadap makhluk hidup namun paling sederhana ialah radikal hidroksil. Kita bisa membayangkan radikal hidroksil ini dari molekul air (H2O). Molekul air terdiri dari dua atom hidrogen yang masing-masing berikatan dengan satu atom oksigen. Di dalam masing-masing ikatan itu terkandung sepasang elektron, satu berasal dari atom hidrogen dan satu lagi dari atom oksigen. Molekul air biasanya dapat terpisah menjadi dua partikel bermuatan listrik yaitu ion hidrogen yang bermuatan positif (H+) dan ion hidroksida yang bermuatan negatif (OH-). Dalam hal ini, pasangan elektron yang terkandung dalam ikatan tadi berpindah semuanya pada ion hidrosida sehingga bermuatan negatif.Akan tetapi molekul air bisa juga terpisah dengan cara lain, tanpa ada muatan listrik. Caranya ialah pasangan elektron tadi bercerai, satu ikut pada atom hidrogen (H*) dan satu lagi ikut hidroksida yang membentuk radikal hidroksil HO*. Tanda asterisk menunjukkan elektron tunggal yang menandakan radikal. Radikal-radikal ini sangat reaktif karena elektron

yang tidak berpasangan tadi cenderung ingin mencari pasangan lagi. Radikal hidroksil merupakan radikal yang paling membahayakan sel hidup. Untungnya, radikal hidroksil ini tidak terjadi di dalam makhluk hidup sebab ikatan untuk membentuk molekul air jauh lebih kuat. Namun, radiasi tinggi akan mampu memecah molekul air untuk memproduksi radikal hidroksil. Contohnya pada waktu kecelakaan nuklir di Chernobyl, radikal hidroksil dari air terjadi karena ada kebocoran radiasi. Radikal hidroksil di alam biasanya berasal dari molekul yang mudah pecah seperti hidrogen peroksida (HOOH).

Ikatan molekul yang kuat pada molekul air inilah yang menyebabkan radikal hidroksil sangat reaktif. Radikal hidroksil akan selalu mencoba mengajak setiap atom hidrogen yang ditemuinya untuk membentuk ikatan seperti molekul air. Jika atom hidrogen itu berasal dari molekul organ makhluk hidup yang penting, maka kerusakan organ itu akan terjadi.

Sekalipun baru-baru ini saja diketahui efek radikal ini terhadap makhluk hidup dan dunia pengobatan, para ahli kima sebenarnya telah mempelajarinya sejak tahun 1930an. Dua artikel yang ditulis oleh Donald Hey dan Alec Waters 74 tahun yang lalu telah menunjukkan pentingnya peran radikal bebas pada reaksi kimia. Mereka tidak memang meneliti radikal hidroksil, melainkan kelakuan radikal yang terbentuk dari senyawa organik, dengan kata lain dari senyawa karbon.

Istilah radikal sudah digunakan pada awal-awal dipelajari senyawa organik. Para ahli kimia menemukan gugusan yang terdiri dari karbon dan hidrogen terlihat mempunyai sifat yang sama seperti atom tunggal yang berdiri sendiri. Contohnya gugus methyl CH3 bisa bergabung dengan atom dari chlorine untuk membentuk methyl chlorine seperti bergabungnya natrium dan chlorine ketika membentuk NaCl. Gugus methyl ini dinamakan radikal methyl.Mulanya, para ahli kimia mentertawakan konsep keberadaan radikal sebagai molekul yang berdiri sendiri. Akan tetapi penjelasan Hey dan Waters telah menunjukkan peran radikal bebas dalam reaksi senyawa kimia. Tak lama kemudian, nyatalah bahwa radikal itu bisa bereaksi dengan berbagai cara. Radikal-radikal itu sendiri dapat saling bereaksi satu sama lain, atau dapat bereaksi dengan molekul stabil lain untuk membentuk molekul baru atau radikal baru. Radikal baru itu kemudian bisa dengan bebas bereaksi dengan molekul lain lagi, sehingga terjadilah suatu reaksi berantai. Banyak reaksi kimia dalam pembuatan polimer, seperti polystyrene atau polymethyl methacrylate(plexiglas) terjadi karena reaksi berantai tadi. Senyawa–senyawa polimer tersebut biasanya mengandung ikatan ganda dari pasangan atom karbon karena ikatan ganda ini mudah dituju oleh radikal-radikal.

Radikal yang diperlukan untuk memulai suatu reaksi kimia bisa dihasilkan dari molekul yang memiliki gugus peroksida, karena ikatannya tidak begitu kuat dan mudah dipecah dengan pemanasan. Radikal tersebut (ditulis Y*) menempel pada molekul monomer vinyl untuk membentuk radikal baru, dan berpaut dengan molekul vinyl lain dan seterusnya membangun rantai polimer yang panjang secara bertahap (Gb.1). Terakhir, rantai-rantai radikal bisa bergabung satu sama lain, dan elektron yang tadinya tidak berpasangan menjadi berpasangan sehingga reaksi berantai ini akhirnya terhenti.

Gb. 1 Proses pembuatan polimer dengan radikal bebas

Proses kimia seperti ini tiba-tiba menjadi penting ketika perang dunia ke II, pada saat Jepang menghentikan suplai karet alam dari Malaya. Amerika dan Eropa terpaksa mengembangkan polimer sintetis untuk menggantikan karet alam. Namun dengan cepat Jerman dan Soviet bisa berswasembada karet sintetis ini. Di Amerika, produksi polimer terbuat dari styrene dan butadiene ini bahkan bisa meningkat menjadi 5 kali daripada produksi karet alam di tahun 1945, dari awalnya tidak ada sama sekali di tahun 1941.

Reaksi yang melibatkan radikal juga bisa membuat karet hancur. Dalam hal ini, molekul oksigen di udara beraksi sebagai radikal (Gb.2). Oksigen bereaksi dengan molekul karet membentuk hidroperoksida (R2CHOOH). Pada tahap proses ‘inisiasi’  satu  atom hidrogen dari ujung rantai polimer terlepas sehingga dihasilkan suatu radikal polimer. Molekul oksigen akan menempel pada radikal tersebut untuk membentuk radikal baru, yaitu hidroperoksida. Radikal baru ini lalu bereaksi dengan rantai polimer lain dan membentuk radikal polimer lagi, dan begitu seterusnya (dinamakan tahap ‘propagasi’).

Gb. 2 Proses degradasi oleh oksigen pada karet alam

Reaksi yang mirip juga terjadi secara cepat pada lapisan cat minyak yang tengah mengering. Pada tahap awal pengeringan, berat dari lapisan cat itu akan meningkat. Hal ini disebabkan molekul cat menyerap oksigen dari udara dan membentuk hidroperoksida organik.  Reaksi awal dengan oksigen ini mudah terjadi karena lemahnya ikatan antara karbon hidrogen pada cat minyak. Namun radikal peroksi yang terjadi tidak sereaktif radikal hidroksil. Radikal ini akan bereaksi secara selektif mencari satu lokasi dari molekul lain untuk bergabung yang ikatannya setara dengan ikatan antara karbon dan hidrogen tadi.

Dengan memahami peran reaksi radikal dari cat ini, John Mills di London National Gallery Lab, telah mengembangkan teknik analisa yang memungkinkan sejarahwan bisa menyelidiki media cat yang digunakan para pelukis jaman dahulu. Reaksi kimia sederhana menggunakan unsur cat yang didapat ketika lukisan dibersihkan, bisa memberikan tanda tangan yang menunjukkan apakah medium cat dibuat dari minyak tumbuhan, atau turunan dari telur. Metoda ini juga dapat membedakan medium minyak biji rami, walnut, atau poppyseed seperti yang sering digunakan oleh para seniman Perancis abad 19-an.

Minyak pelumas sebaliknya, harus bisa stabil dalam waktu lama. Minyak ini tidak boleh memiliki ikatan karbon-hidrogen yang lemah yang bisa memulai reaksi radikal seperti terkandung dalam cat minyak di atas. Para kimiawan biasanya menambahkan “antioksidan” ke dalam  minyak pelumas agar stabil. Jika ada radikal peroksi yang timbul dalam minyak, maka akan ditarik oleh antioksidan itu. Hal ini untuk menghindari terjadinya proses radikal berantai dan merusak molekul minyak lainnya. Ada suatu cara yang telah dipatenkan, meskipun agak mahal, untuk mengurangi kepekaan terhadap radikal, yaitu dengan memperkuat ikatan karbon-hidrogen melalui pergantian atom hidrogen oleh isotop berat yaitu deuterium. Namun ongkos yang mahal dari metoda ini bisa ditolerir jika pelumas ini digunakan pada produk yang mahal, contohnya untuk jam kualitas tinggi, yang harus tahan lama tanpa perlu dibersihkan.

Minyak goreng yang kita konsumsi pun seharusnya tidak mengandung radikal bebas. Minyak jelantah ialah minyak yang sudah sering dipanaskan dalam suhu tinggi sehingga banyak terkandung radikal bebas. Lebih-lebih kalau sudah berubah warna. Ditengarai radikal bebas ini bisa mengakibatkan kanker dalam tubuh manusia.

Namun, sistem biologi membuat antioksidan sendiri untuk membatasi kerusakan akibat oksidasi. Salah satu dari antioksidan penting ialah tocopherol, atau vitamin E. Antioksidan ini paling mudah larut dalam larutan lemak pada membran sel. Sedangkan antioksidan yang paling mudah larut dalam air ialah vitamin C. Maka tidak heran kalau para peneliti yang mempelajari efek radikal dan biologi, memakan suplemen vitamin E dan vitamin C dalam diet mereka.

http://www.infometrik.com/2011/03/radikal-bebas-dan-antioksidan/

(Pengertian Antioksidan dan Radikal Bebas) – Antioksidan adalah sebutan terhadap zat yang berperan untuk melindungi tubuh dari serangan radikal bebas. Beberapa zat yang termasuk dalam antioksidan diantaranya adalah polipenol, mineral, vitamin dan karotin. Pada umumnya zat ini sangat berperan untuk mencegah tubuh terserang penyakit.

Dalam prosesnya antioksidan melindungi / mencegah tubuh dari serangan radikal bebas dengan cara menekan terjadinya kerusakan sel dalam tubuh yang disebabkan oleh proses oksidasi radikal bebas.

Radikal bebas pada umumnya berasal dari molekul oksigen yang secara kimia strukturnya mengalami perubahan akibat dari aktifitas lingkungan seperti beberapa diantaranya adalah merokok, polusi udara, radiasi dan masih banyak lagi.

Formation Freeradicals (Formasi Radikal bebas)

Radikal bebas yang masuk kedalam tubuh berusaha mencuri elektron yang terdapat pada molekul lain seperti sel dan DNA. Pencurian elektron ini terjadi jika radikal bebas mampu merusak sel dan DNA, jika tubuh hanya memiliki sedikit antioksidan maka radikal bebas akan lebih mudah merusak sel dan DNA. Kondisi tersebut tidak segera ditangani dapat memicu munculnya berbagai masalah kesehatan seperti mudah terserang infeksi, mudah tertular penyakit dan yang paling parah adalah dapat menyebabkan kanker.

Tak dapat dipungkiri jika radikal bebas sering merusak sel dapat menyebabkan sel yang ada dalam tubuh menjadi tidak setabil, sehingga berpotensi terhadap proses penuaan dini.

Antioxidants fruits (buah antioksidan)

Oleh sebab itu tubuh sangat memerlukan Antioksidan sebagai senyawa yang dapat menyuplay elektron terhadap senyawa yang bersifat oksidan, sehingga nantinya senyawa oksidan yang dapat merusak sel tubuh tersebut dapat dihambat.

http://sains.geoklik.com/pengertian-antioksidan-dan-radikal-bebas/

Sifat radikal bebas yang mirip dengan oksidan terletak pada kecenderungannya untuk

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

Itulah sebabnya dalam kepustakaan kedokteran, radikal bebas digolongkan dalam oksidan.

Namun perlu diingat bahwa radikal bebas adalah oksidan tetapi tidak setiap oksidan adalah

radikal bebas.