II. TINJAUAN PUSTAKA
2.4. Mekanisme Logam Berat Mempengaruhi Reproduksi Hewan Air
2.4.1. Metabolisme Logam Berat
3. 4. 5. 6. 7. Kadmium (Cd) Kromium (Cr) Tembaga/Cupper (Cu) Merkuri (Hg) Nikel (Ni) Plumbum (Pb) Zinkum (Zn) 22 – 55 91 2,5 -3,5 0,23 – 0,8 350 188 60 0,015-47 10 0.17– 100 0.05 - 0,5 6 – 47 - 0,5 - 50 2,2 – 35 14 – 105 0,14 – 2,4 0,058-32 72 – 320 - 10 – 50 2,5 – 12,1 2,0 – 9,0 0,16 – 0,5 0,02–0,09 25 – 72 7,7 – 20 1,8 - 55 Sumber : Palar (2004).
2.4.1. Metabolisme Logam Berat
Akumulasi logam berat dipengaruhi oleh faktor biologis dan fisik seperti musim, reproduksi, salinitas dan kedalaman air. Bioakamulasi logam berat tergantung pada zat kimia, peredarannya dan mekanisme masuknya logam interseluler kompartement dan aspek homoestatis seluler logam. Pada kerang bioakumulasi logam yang baik adalah logam Zn, Cu, Cd dan logam yang belum diketahui fungsinya secara biologis adalah logam Cd, Hg. Logam lain yang diakumulasi kerang adalah Ag, Al, Cr, F, Mn, Ni & Pb dan logam radionuklida seperti uranium (U) dan logam transuranium seperti 239Pu, 238Pu dan 241Am (Gosling 1992).
Logam diserap dari air dalam bentuk larutan ini merupakan proses transportasi secara pasif. Secara aktif apabila logam diserap melalui kelenjar pencernaan logam telah terikat melalui endositosis, mekanisme transportasi dibutuhkan energi ATP, lalu dari vesikel endositosis difusi ke dalam lisosom. Ginjal umumnya tempat akumulasi logam. Umumnya logam radio aktif terdeposisi pada lokasi Byssalthreads, periostrakum dan klenjar pericardial. Logam bisa juga melewati membran dan logam tertahan di jaringan ikan yang spesifik dan tidak spesifik pada sel. Akumulasi logam dipengaruhi oleh faktor biologi, musim, sistem reproduksi, salinitas dan kedalaman air (Gosling 1992).
Logam berat masuk kedalam sel dalam bentuk ikatan komplek seperti ikatan molekul thiol seperti asam amino, glutathion dan dalam bentuk khusus, logam didetoksikasi diikat dengan protein seperti metallothionin (MTN). Logam dialokasi pada sistem vacuola lysosomal. Metallothionin mempunyai molekul yang ringan mudah larut (cytosolit), thiol kaya protein karena mengandung asam amino cystein yang mampu berikatan dengan logam berat (Viarengo 1989). Logam yang berikatan mengandung Zn, Cu, dan dapat juga berikatan dengan xenobiotik seperti logam merkuri (Hg), Cd, Au, dan Ag. Secara fisiologi terdapat keseimbangan logam Cu dan Zn melalui homeostatis dan oksidasi bebas, metallothionin berfungsi menjaga bebas ion-ion logam berat dari sel, kadar logam Zn dalam tubuh cepat diikat MTN sehingga logam tersebut berkurang, karena semakin jumlah banyak jumlah sintesis MTN dalam tubuh. MTN didistribusi secara meluas dalam tubuh kerang seperti pada bagian gills, mantel, dan kelenjar pencernaan pada kerang Mytillus Gallop propinsialis (Viarengo
et al.1981). Demikian pula terbentuk oleh ikatan-ikatan yang dibuktikan oleh para peneliti dapat dilihat pada Tabel 7.
Tabel 7. Ikatan logam berat dengan protein.
No. Ikatan terbentuk Peneliti
1. Cu-MTN Viarengo et al. (1989)
2. Cd-MTN George et al. (1979)
3. Hg-MTN Roesijadi et al. (1981)
Sumber: Gosling (1992).
Berat molekul metallothionin kira-kira 10.000-15.000 dalton atau lebih, ini telah diisolasi dari kerang Mytilus edulis dan Mytilus gallopropincealis. Akumulasi 30
logam terjadi dalam lisosom. Lisosom terdapat dalam kelenjar pencernaan dan ginjal. Lisosom tempat akumulasi dari endoproduk dari Lipid peroksida yang disebut lipofuschim. Di ginjal lipofuschim akan berikatan dengan logam dengan cara; logam diikat tidak kuat oleh grup asam di luar granula dan mempunyai kemampuan menjaga keseimbangan kation-kation dalam cytoplasma atau dengan cara logam diperangkap dalam bentuk tidak beracun di pusat perkembangan granula. Eksresi yang aktif dari pembuangan dalam tubuh secara exocytolis, atau dihancurkan untuk membuang logam dari tubuh. Pengeluaran logam dari tubuh secara jalur biokimia telah terbukti pada
Mytilus sp yaitu logam Cd. Waktu paruh biologi Cu sembilan hari sedangkan Cd tujuh bulan (Gosling 1992).
Senyawa CrCl yang mengandung ion-ion Cr3+ pada proses metabolismenya dalam tubuh akan berbeda dengan proses metabolisme ion Cr6+. Ion Cr3+ setelah 15 menit sejak diinjeksikan ke dalam tubuh sekitar 69% masih akan tertinggal di dalam paru-paru, dan sisanya ditemukan dalam darah dan jaringan lainnya. Setelah waktu 24 jam sejak diinjeksikan jumlah Cr dalam paru-paru tinggal 45%, dimana 6% dibuang dari tubuh melalui urine dan sedikit ditemukan di jaringan. Limpa merupakan jaringan yang paling banyak tumpukan ion-ion Cr3+ setelah 48 jam perlakuan. Setelah mencapai waktu 30 hari sejak perlakuan masih ditemukan 30% Cr dalam paru-paru dan setelah 60 hari hanya ditemukan 12% dalam parru-paru (Baetjer 1959 dalam Palar 2004).
Hasil penelitian menunjukan terjadi perbedaan metabolisme ion Cr3+ dan Cr6+. Perbedaan tersebut tergantung pada jenis atau spesies hewan yang dimasuki oleh ion-ion logam tersebut. Tingkat keracunan lebih kuat ion-ion-ion-ion Cr6+ dibandingkan dengan ion-ion Cr3+ . Logam Cr yang masuk ke dalam tubuh akan ikut dalam proses fisiologis atau metabolisme tubuh. Logam Cr akan berintraksi dengan bermacam-macam unsur biologis yang terdapat dalam tubuh. Intraksi yang terjadi antara Cr dengan unsur-unsur biologis tubuh, dapat menyebabkan terganggunya fungsi-fungsi tertentu yang bekerja dalam proses metabolisme tubuh. Senyawa-senyawa yang mempunyai berat molekul rendah, seperti yang terdapat dalam sel darah rendah dapat melarutkan Cr dan seterusnya ikut terbawa ke seluruh tubuh bersama peredaran darah. Senyawa-senyawa ligan penting yang terdapat dalam tubuh juga mengubah Cr menjadi bentuk yang mudah terdifusi sehingga dapat masuk ke dalam jaringan. Di antara ligan-ligan 31
tersebut adalah piropaspat, metionin, serin, glisin, leusin, lisin dan prolin. Terhadap piropospat, logam Cr mempunyai affinitas yang besar sekali. Affinitas Cr yang besar ini akan menjadi sangat berbahaya karena piopospat merupakan salah satu faktor biologis yang sangat penting dalam tubuh. Ion-ion Cr3+ yang masuk ke dalam tubuh akan bereaksi dengan protein dan secara lambat membentuk suatu ikatan kompleks yang sangat stabil. Selain itu Cr dapat mengkatalisis suksinat dalam enzim sitokrom reduktase, sehingga dapat mempengaruhi pertumbuhan dan beberapa reaksi biokimia lainnya dalam tubuh. Cr dengan kosentrasi sebesar 0.001 M dapat merangsang perubahan asetat menjadi CO2, kholesterol dan asam lemak (Palar 2004).
Ion-ion Cr6+ dalam proses metabolisme tubuh akan menghalangi atau mampu menghambat kerja dari enzim benzopiren hidroksilase. Penghambatan kerja enzime tersebut dapat mengakibatkan perubahan kemampuan pertumbuhan sel-sel, sehingga menjadi tumbuh secara tidak terkontrol yang dikenal sebagai sel-sel kanker. Dengan demikian Cr dapat bersifat karsinogenik. Enzim benzopiren hidroksilase ini berfungsi untuk menghambat pertumbuhan kanker yang disebabkan oleh asbestos. Kemampuan yang dimiliki oleh ion-ion Cr6+ untuk menghalangi atau menghambat kerja enzim tersebut akan memberikan efek yang sangat membahayakan. Percobaan laboratorium menunjukan bahwa Cr3+ dapat mengendapkan RNA dan DNA pada pH 7. Cr6+ dan Cr3+ dapat menyebabkan denaturasi pada albumin (Palar 2004).