TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Radikal Bebas
2.1.3 Mekanisme Radikal Bebas
Mekanisme pembentukan reaksi berantai radikal bebas terjadi melalui tiga tahapan reaksi yaitu inisiasi, propagasi, dan terminasi (Labola dan Puspita, 2017;
Kurniawati dan Sutoyo, 2021).
1) Tahapan inisiasi
Radikal bebas terbentuk akibat reaksi antara asam lemak (RH) yang menyebabkan terlepasnya atom hidrogen dan terbentuk radikal lemak (R*).
Tahapan ini dipengaruhi oleh beberapa hal seperti cahaya, oksigen, dan suhu tinggi.
8
Konsentrasi hidroperoksida menjadi besar setelah dimulainya proses oksidasi dan mengakibatkan dekomposisi hidroperoksida sebagai sumber utama pembentukan radikal bebas. Reaksi dapat dilihat pada persamaan (1) dibawah ini.
RH R* + H*...(1) 2) Tahapan propagasi
Tahap propagasi yaitu proses awal yang menyebabkan pemanjangan rantai, dengan mengubah radikal bebas menjadi radikal bebas baru. Radikal lemak yang dihasilkan dari tahap inisiasi akan mengalami reaksi dengan molekul oksigen yang menghasilkan radikal peroksi. Radikal peroksi akan bereaksi kembali dengan asam lemak lain (RH) dan menghasilkan hidroperoksida dan radikal baru (R*). Proses ini akan terjadi secara terus-menerus dengan melibatkan hidrogen dan menghasilkan banyak radikal bebas. Pada tahap ini terjadi proses oksigenasi lemak (R*) yang membentuk radikal peroksida (ROO*). Reaksi dapat dilihat pada persamaan (2) dan (3) di bawah ini.
R* + O2 ROO*...(2) ROO* + RH ROOH + R*...(3) 3) Tahapan terminasi
Reaksi radikal akan berhenti jika dua radikal saling bereaksi dan menghasilkan suatu spesies non radikal. Reaksinya seperti pada persamaan (4), (5), dan (6) di bawah ini.
R* + R* RR...(4) R* + ROO* ROOR...(5) ROO* + ROO ROOR + O2...(6)
9 2.1.4 Efek Radikal Bebas
Menurut Fakriah dkk. (2019) radikal bebas bersifat destruktif, sangat reaktif, dan mampu bereaksi dengan makromolekul sel, seperti: protein, lipid, karbohidrat, atau DNA. Reaksi antara radikal bebas dan molekul itu menimbulkan efek radikal bebas dalam tubuh manusia antara lain:
1) Kerusakan struktur Deoxy Nucleic Acid (DNA) pada inti sel
Senyawa radikal bebas merupakan salah satu penyebab kerusakan DNA di samping penyebab lain seperti virus, radiasi dan zat kimia karsinogen. Akibatnya pembelahan sel menjadi terganggu sehingga terjadi perubahan abnormal dalam tubuh yang mempengaruhi gen tertentu dan menyebabkan penyakit kanker.
2) Kerusakan membran sel
Komponen terpenting membran sel mengandung asam lemak tak jenuh ganda yang sangat rentan terhadap serangan radikal bebas. Akibatnya, struktur dan fungsi membran akan berubah dan dapat mematikan sel-sel pada jaringan tubuh, misalnya kerusakan sel organ tubuh.
3) Kerusakan protein
Terjadinya kerusakan akibat seragan radikal bebas ini termasuk oksidasi protein yang menyebabkan kerusakan jaringan tempat protein itu berada, seperti kerusakan protein pada lensa mata yang mengakibatkan katarak.
4) Kerusakan lipid peroksida
Hal ini terjadi apabila asam lemak tak jenuh diserang oleh radikal bebas, sehingga reaksi antar zat gizi dalam tubuh menghasilkan peroksida yang menyebabkan kerusakan sel dan menyebabkan berbagai penyakit degeneratif (penurunan fungsi tubuh).
5) Dapat menimbulkan autoimun
10
Dalam keadaan normal, antibodi hanya terbentuk apabila ada antigen yang masuk ke dalam tubuh. Autoimun adalah terbentuknya antibodi terhadap suatu sel tubuh biasa dan hal ini dapat merusak jaringan tubuh.
6) Proses penuaan
Paparan radikal bebas bersifat akumulatif bagi tubuh dan akan menyebabkan penyakit apabila sistem imunitas tubuh tidak dapat mentoleransi keberadaan senyawa tersebut. Hal ini dipengaruhi oleh keseimbangan kinerja radikal bebas yang berada dalam tubuh ataupun yang masuk ke dalam tubuh melalui lingkungan dengan kadar antioksidan dalam tubuh.
2.2 Antioksidan
Secara kimia, senyawa antioksidan adalah senyawa pemberi elektron atau elektron donor. Secara biologis, pengertian antioksidan adalah senyawa yang dapat menangkal atau meredam dampak negatif oksidan. Antioksidan bekerja dengan cara mendonorkan satu elektronnya kepada senyawa yang bersifat oksidan sehingga aktivitas senyawa oksidan tersebut dapat dihambat. Antioksidan dibutuhkan tubuh untuk melindungi tubuh dari serangan radikal bebas (Sayuti dan Yenrina, 2015).
Antioksidan adalah suatu senyawa pada konsentrasi rendah secara signifikan dapat menghambat atau mencegah oksidasi substrat dalam reaksi rantai.
Antioksidan dapat melindungi sel-sel dari kerusakan karena molekul tidak stabil atau radikal bebas (Irianti dkk, 2017).
Antioksidan memberikan efek secara langsung maupun tidak langsung dalam tubuh. Secara langsung antioksidan akan mereduksi radikal bebas dalam tubuh. Sedangkan secara tidak langsung yaitu antioksidan akan mencegah terjadinya pembentukan radikal bebas. Aktivitas antioksidan dipengaruhi oleh
11
berbagai faktor seperti kandungan lipid, konsentrasi antioksidan, suhu, tekanan oksigen, dan komponen kimia dari makanan seperti protein serta air (Sayuti dan Yenrina, 2015).
Pada umummya, antioksidan memiliki empat jalur mekanisme pertahanan tubuh terhadap serangan radikal bebas, yaitu: (1) mengekelat atau mengikat logam sehingga keseimbangan antara oksidasi-reduksi dari radikal bebas terhambat, (2) menangkap radikal bebas (radical scavenger) yang mencegah terjadinya oksidasi molekul dalam sel, (3) memperbaiki kerusakan DNA dan mRNA yang menyebabkan terjadinya mutasi sel ataupun kerusakan oksidatif di tingkat seluler, dan (4) memperbaiki kemampuan adaptatif dalam memperlambat akibat yang ditimbulkan oleh penyakit-penyakit degeneratif (Rahmadi dan Bohari, 2018).
Aktivitas antioksidan ditunjukkan dengan nilai IC50 (Inhibitory Concentration 50%). Nilai IC50 adalah kadar antikosidan yang meredam DPPH sampai 50% dan merupakan salah satu parameter yang biasa digunakan untuk menginterpretasikan hasil dari pengujian DPPH. Semakin rendah nilai IC50 dari suatu sampel maka kemampuan sebagai antioksidan semakin besar (Syarif, dkk., 2015). Adapun klasifikasi tingkat kekuatan antioksidan dapat dilihat dalam Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Tingkat kekuatan antioksidan
No Intensitas Antioksidan Nilai IC50 (µg/ml)
1. Sangat Kuat <50
2. Kuat 50-100
3. Sedang 100-250
4. Lemah 250-500
5. Sangat Lemah >500
Sumber: Sing Lung dan Destiani, 2017
Berdasarkan sumbernya, antioksidan dapat dikelompokkan menjadi tiga bagian yaitu sebagai berikut:
12 1. Antioksidan alami
Secara alami beberapa jenis tumbuhan merupakan sumber antioksidan, seperti sayur-sayuran, buah-buahan segar dan rempah-rempah. Antioksidan alami dapat diisolasi dari bahan alam. Senyawa antioksidan alami tumbuhan umumnya adalah polifenol, golongan flavonoid, turunan asam sinamat, kumarin, tokoferol, vitamin C, betakaroten, dan alfatokoferol.
2. Antioksidan sintetik
Senyawa antioksidan sintetik berfungsi untuk menangkap radikal bebas dan menghentikan reaksi berantai yang terbentuk. Berikut ini contoh antioksidan sintetik di antaranya adalah Butylated Hydroxyl Anisole (BHA), Butylated Hydroxyrotoluene (BHT), Propyl Gallate (PG) dan Metal Chelating Agent (EDTA), Tertiary Butyl Hydroquinone (TBHQ), Nordihydro Guaretic Acid (NDGA) (Irianti, dkk., 2017).
Berdasarkan mekanisme kerjanya antioksidan digolongkan menjadi tiga (3) kelompok yaitu:
a. Antioksidan primer bekerja melalui prinsip menetralisir radikal bebas yaitu dengan memberikan satu elektron kepada molekul yang reaktif. Contoh antioksidan ini adalah tokoferol, vitamin C, dan flavonoid.
b. Antioksidan sekunder bekerja dengan cara mengikat logam dan menyingkirkan logam transisi yang dapat memicu radikal bebas. Contoh antioksidan ini adalah albumin dan transferrin.
c. Antioksidan tersier bekerja dengan cara mencegah penumpukan biomolekul agar tidak menimbulkan kerusakan lebih lanjut. Contohnya seperti perbaikan DNA yang rusak oleh enzim metionin reduktase dan protein teroksidasi oleh enzim proteolitik (Wulansari, 2018).
13 2.3 Stres Oksidatif dan Penyakit Degeneratif
Stres oksidatif adalah keadaan dimana terjadi ketidakseimbangan antara jumlah radikal yang ada di dalam tubuh dengan antioksidan yang dihasilkan oleh tubuh sendiri. Ketidakseimbangan inilah yang menyebabkan tubuh tidak bisa menangkap atau menetralisir keseluruhan radikal bebas tersebut. Kelebihan radikal bebas ini mengakibatkan intensitas reaksi oksidasi sel-sel normal semakin tinggi sehingga mengakibatkan kerusakan jaringan sel akan semakin parah (Parwata, 2016).
Peningkatan radikal bebas juga dapat disebabkan oleh aktivitas tubuh yang berlebih, puasa yang berlebih, asap rokok, radiasi dan pencemaran udara. Hal tersebut akan merangsang pengeluaran sitokin proinflamasi seperti Interleukin-6 (IL-6) atau Tumor Nekrosis Faktor-alpha (TNF-α) dan memicu pengeluaran Polymorphonuclear Leukocytes (PMN). PMN inilah yang menghasilkan radikal bebas berupa superoksida anion, hydroxyl radical, nitrous oxide, dan hydrogen peroxide. Reaksi oksidasi yang melibatkan radikal bebas ini dapat merusak membran sel normal di sekitarnya dan merusak komposisi DNA sehingga dapat menyebabkan terjadinya suatu mutasi. Mutasi atau kerusakan komposisi suatu DNA dapat menyebabkan terjadinya beberapa penyakit degeneratif (Parwata, 2016).
Pada lipid terjadi proses peroksidasi oleh enzim lipid peroksidase dengan mengambil atom hidrogen yang berasal dari Poly Unsaturated Fatty Acid (PUFA), sehingga membran yang mengandung asam lemak tidak jenuh menjadi rentan terhadap oksidasi. Proses peroksidasi pada lipid menyebabkan pembentukan radikal peroksil. Radikal peroksil ini apabila tidak distabilkan akan menyerang molekul
14
lipid lain sehingga mempengaruhi integritas dan permeabilitas membran sel sehingga terjadi kerusakan membran sel. Pada karbohidrat terbentuk radikal bebas berupa karbon bebas dan hidrogen bebas. Radikal bebas ini mengikat komponen karbohidrat membran plasma secara kovalen sehingga membentuk carbon centered radical. Carbon centered radical berinteraksi dengan molekul karbohidrat lain sehingga terjadi reaksi rantai autokatalitik dan kerusakan membran sel (Andarina dan Djauhari, 2017).
Proses oksidasi pada protein akan membentuk radikal bebas berupa alkilperoksida dan radikal karbonil alkilperoksida menyebabkan fragmentasi protein sedangkan radikal karbonil menyebabkan pemecahan rantai polipeptida sehingga meningkatkan proses proteolysis (Zulfahmidah dkk, 2021).
Perubahan struktur kimia DNA dapat terjadi bila ada interaksi antara Reactive Oxygen Species (ROS) dengan salah satu basa dari DNA, bila tidak terjadi perbaikan DNA, maka DNA tersebut dapat mengalami mutasi yang berujung pada keganasan. Stress oksidatif berhubungan dengan keadaan patologis seperti penyakit kardiovaskuler, kanker, dan penyakit degeneratif lainnya (Zulfahmidah dkk, 2021).
Penyakit degeneratif merupakan penyakit tidak menular yang bersifat kronis dan terjadi karena adanya penurunan fungsi sel atau organ tubuh seiring dengan bertambahnya usia. Hal tersebut menyebabkan tubuh menjadi rentan terhadap berbagai macam penyakit. Pada tahun 2012, penyakit degeneratif ini telah menyebabkan 52% kematian di dunia, yaitu terdiri dari penyakit kardiovaskuler 37%, kanker atau tumor ganas 27%, penyakit saluran pernapasan 8%, diabetes melitus 4%, dan penyakit tidak menular lainnya sebanyak 23% (Triandita dan Putri, 2019).
15
Penyakit degeneratif dapat diawali dengan menurunnya kondisi lingkungan dan sosial, perubahan metabolisme tubuh dengan menurunnya produksi hormon pada usia 65 tahun ke atas, pergeseran pola makan dan pola hidup ke pola makan modern yang tinggi lemak tetapi rendah serat dan karbohidrat, sehingga meningkatkan kolesterol tubuh dan kelebihan zat gizi yang menunjang meningkatnya stres oksidatif. Penyakit degeneratif lebih banyak diderita oleh orang yang memiliki pola hidup yang tidak sehat, seperti menyukai makanan berkalori tinggi, kurang beraktivitas fisik serta memiliki kebiasaan merokok (Triandita dan Putri, 2019).
Tubuh manusia memiliki kemampuan dalam melawan berbagai penyakit yang disebut dengan sistem pertahanan tubuh. Salah satu sistem pertahanan tubuh adalah antioksidan (antioksidan endogen) yang berasal dari dalam tubuh dan dapat menangkal radikal bebas. Semakin parah penyakit yang diderita maka akan semakin banyak radikal bebas yang dihasilkan dan menyebabkan stres oksidatif yang tinggi dalam tubuh. Sehingga untuk menangkal dan menurunkan stres oksidatif tersebut maka diperlukan asupan antioksidan dari luar tubuh (antioksidan eksogenus), seperti dari makanan, minuman dan obat-obatan (Triandita dan Putri, 2019).