BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.6 Radiasi dan Iradiasi
Radiasi merupakan proses yang kejadiannya berlangsung tanpa unsur kesengajaan atau tanpa adanya perlakuan khusus, misalnya: bentuk mutasi pada tanaman dapat terjadi secara alamiah (spontan) akibat radiasi sinar kosmik di alam. Sedangkan iradiasi merupakan proses yang kejadiannya berlangsung karena adanya perlakuan khusus terhadap sesuatu obyek yang dilakukan secara disengaja (misalnya untuk tujuan melakukan suatu pengamatan atau penelitian), contoh: bahan makanan yang telah diiradiasi (the irradiated food) dengan sinar gamma dapat menjadi awet dan tidak cepat membusuk ataupun rusak (Darussalam, 1996).
Beberapa macam radiasi dapat bersifat letal (mematikan) terhadap sel-sel mikroba dan juga sel-sel organisme lain. Radiasi macam ini meliputi bagian dari spektrum elektromagnetik (radiasi ultraviolet, gamma, dan sinar X) dan sinar-sinar katode (elektron berkecepatan tinggi).
Proses perubahan materi akibat radiasi sangatlah kompleks, tetapi untuk penyederhanaannya dapat digambarkan dalam empat tahapan:
1. Tahap Fisik Awal
Tahap awal ini berlansung hanya kira-kira 10-16 detik, energi terdeposit di dalam sel dan menyebabkan ionisasi. Di air reaksinya dapat dinyatakan sebagai: H2O → H2O+ + e-. (H2O+ adalah ion positif dan e- ion negatif).
Peristiwa ionisasi terjadi bilamana radiasi dengan energi yang cukup besar melintas mendekati ataupun menumbuk suatu atom dan menyebabkan terlemparnya suatu elektron (-) keluar dari orbitnya. Radiasi yang dapat menyebabkan terjadinya ionisasi disebut radiasi pengion. Pada saat menembus
materi, radiasi pengion dapat menumbuk elektron orbit sehingga elektron terlepas dari atom. Akibatnya timbul pasangan ion positif dan ion negatif. Menurut sifat kejadiannya, ionisasi dikelompokkan ke dalam ionisasi-langsung dan ionisasi-tak-ionisasi-langsung. Ionisasi-ionisasi-langsung terjadi jika radiasi menyebabkan ionisasi pada saat itu juga ketika berinteraksi dengan atom materi, dan proses ini bisa disebabkan oleh partikel bermuatan listrik seperti alpha dan beta. Berbeda dengan yang terjadi pada interaksi partikel bermuatan, interaksi radiasi yang berupa gelombang elektromagnetik (sinar gamma atau sinar-X) ataupun partikel yang tidak bermuatan listrik (neutron) tidak secara langsung menimbulkan ionisasi. Partikel yang dihasilkan dalam interaksi yang pertama ini kemudian menyebabkan terjadinya ionisasi. Proses seperti ini dikenal sebagai ionisasi-tak-langsung. Sedangkan peristiwa eksitasi terjadi apabila radiasi yang berinteraksi dengan atom tidak cukup energinya untuk menghasilkan ionisasi langsung, maka dapat mengakibatkan suatu elektron orbit tertentu berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi, atau ke keadaan tereksitasi. Energi eksitasi tersebut akan dilepaskan kembali dalam bentuk radiasi elektromagnetis, pada saat elektron tersebut kembali ke orbit dengan tingkat energi yang lebih rendah. (Darussalam, 1996; Yudi, 2008).
Gambar 13. Peristiwa terjadinya ionisasi dan eksitasi
2. Tahap Kimia – Fisik
Tahap ini berlangsung kira-kira 10-6 detik. Ion-ion berinteraksi dengan molekul air lainnya yang menghasilkan beberapa produk baru. Sebagai contoh, ion positif terdisosiasi :
H2O+→ H+ + OH
-Ion negatif, yaitu elektron yang terikat pada molekul air netral yang selanjutnya terdisosiasi
H2O+ + e-→ H2O
H2O-→ H + OH-
Sehingga produk dari reaksinya adalah H+ , OH- ,H dan OH. Dua ion pertama yang ada dalam sebagian besar air, tidak mengambil bagian dalam reaksi berikutnya. Dua produk lainnya, H dan OH disebut radikal bebas, yaitu mereka yang mempunyai elektron yang tidak berpasangan dan secara kimia sangat reaktif. Hasil reaksi lainnya adalah hidrogen peroksida H2O2, yang merupakan oksidan yang sangat kuat dan terbentuk dengan reaksi: OH + OH
3. Tahap Kimia
Tahap kimia berlangsung hanya beberapa detik, dimana hasil reaksi berinteraksi dengan molekul-molekul organik yang penting dalam sel. Radikal bebas dan oksidan dapat menyerang molekul komplek yang membentuk kromosom. Misalnya, sebagai contoh radikal tersebut dapat mengikatkan dirinya ke molekul atau meyebabkan ikatan rantai panjang menjadi putus. Perubahan tingkat molekular secara kimia dapat diakibatkan oleh:
a) Kerja langsung radiasi (direct action), dimana perubahan atau kerusakan terjadi pada molekul-molekul biologi yang menyerap lansung energi radiasi.
b) Kerja tidak lansung radiasi (indierct action), dimana perubahan atau kerusakan pada molekul-molekul terjadi akibat pengaruh senyawa radikal-radikal bebas dan pengoksida. Sedangkan senyawa radikal-radikal-radikal-radikal bebas dan pengoksida merupakan hasil peristiwa radiolisis molekul air dalam plasma akibat radiasi (Darussalam, 1996).
4. Tahap Biologi
Tahap biologi mempunyai waktu yang bervariasi dari puluhan menit sampai puluhan tahun bergantung pada gejala khusus yang muncul. Proses biologi menyusul perubahan atau kerusakan molekul secara kimiawi dan biokimiawi, serta merupakan respon biologi yang timbul seperti efek genetik, efek somatik, efek fisiologis maupun kematian sel organisme.
1. Efek fisiologis radiasi, bersifat sementara dan dapat pulih kembali (recovery). Contoh: penghambatan pertumbuhan dan gangguan sifat permeabilitas selaput (dinding) sel.
2. Efek genetik radiasi, menghasilkan bentuk mutasi pada keturunan organisme dengan sifat-sifat yang berbeda dari induknya. Kejadian mutasi menyusul kerusakan pada molekul DNA dan kromosom.
3. Efek somatik radiasi, menghasilkan bentuk sel-sel somatik abnormal sebagai hasil pembelahan sel secara mitosis.
Terdapat 2 (dua) macam efek somatik radiasi:
a. Jenis stokastik, yaitu merupakan efek tertunda. Contoh: terjadinya kanker pada darah (leukimia), tulang dan paru-paru. b. Jenis stokastik, di mana terdapat hubungan antara dosis paparan
radiasi dan efek radiasi. Contoh: luka bakar pada kulit (erythema), katarak mata, penurunan jumlah sel-sel gonad (kemandulan).
4. Efek lethal (mematikan) radiasi, terjadi akibat beberapa peristiwa kegagalan yang serius pada fungsi tubuh yang penting. Contoh: gangguan-gangguan pada fungsi jaringan hemapoietik (darah), saluran pencernaan dan mekanisme pernapasan. Lalu peningkatan infeksi berat oleh mikroba. Usaha menghindari kematian organisme akibat radiasi antara lain melalui perbaikan intraselular, proses regenerasi sel yang rusak, transplantasi sumsum tulang dan lain sebagainya (Darussalam, 1996).
O
CH N H2 R
O H
Efek Radiasi terhadap Molekul Penting
a) Protein
Protein terdiri dari beberapa asam amino yang secara karakteristik di tandai oleh adanya gugus -NH2, gugus -COOH dan rantai samping R.
Gambar 14. Formula asam amino
Gugus -NH2 dan rantai samping –R asam amino yang paling radiosensitif di antara tiga kelompok di atas. Kerusakan fungsi protein sebagian besar disebabkan oleh timbulnya perubahan pada rantai samping (-R) yang kritis. Diasumsikan bahwa radiasi dapat mempengaruhi konfigurasi 3 dimensi molekul protein sehingga menjadi terbuka dan siap melakukan suatu reaksi. (Darussalam, 1996).
b) Kromosom
Radiasi dapat menyebabkan perubahan atau kerusakan struktur kromosom (aberasi). Perubahan atau kerusakan itu dapat berupa antara lain: pelengketan, translokasi, inversi, defisiensi, dan lain sebagainya (Darussalam, 1996).
c) Molekul Asam Deoksiribonukleat (DNA)
Radiasi dapat menyebabkan berbagai macam perubahan dan kerusakan pada molekul Asam Deoksiribonukleat (DNA). Perubahan dan kerusakan pada molekul DNA tersebut dapat berupa antara lain: perubahan susunan triplet molekul DNA, pelengketan, patahan, kehilangan basa, deaminasi, dan sebagainya.
Setiap Asam nukleat (nucleic acid) merupakan makromolekul yang berperan sebagai pembawa informasi genetik. Kerusakan secara biokimiawi yang terjadi pada molekul DNA dapat mengarah kepada kejadian mutasi baik pada sel-sel germa maupun pada sel-sel somatik. Bentuk mutasi pada sel-sel germa akan tampak pada keturunan berikutnya, sementara bentuk mutasi pada sel-sel somatik terlihat pada bentuk abnormal pada sel-sel anakan hasil pembelahan mitosis (Darussalam, 1996).
d) Enzim
Radiasi dapat menyebabkan kerusakan biokimiawi pada struktur enzim. Kerusakan enzim dapat mengakibatkan penurunan pada fungsi enzim, yaitu terjadinya penurunan daya katalisasi enzim dalam proses reaksi kimia tertentu (Darussalam, 1996).
e) Lemak
Radiasi dapat menimbulkan perubahan dan kerusakan pada bagian ikatan rangkap asam lemak (Darussalam, 1996).
f) Karbohidrat
Radiasi dapat menimbulkan penguraian dan kerusakan (degradasi) pada rantai karbohidrat (Darussalam, 1996).
Efek Radiasi terhadap Pembelahan Sel
Radiasi dapat menghambat atau menghalangi pembelahan sel sebagai akibat perubahan atau kerusakan pada kromosom. Beberapa fragmen kromosom mulai terlihat pada stadia metafase, yang disusul kemudian oleh timbulnya jembatan
kromosom pada stadia anafase ataupun telofase. Semua ini dapat mengarah kepada tertundanya atau terhentinya proses pembelahan sel. Jika proses pembelahan sel dihambat atau dihalangi secara terus-menerus dapat menimbulkan kematian sel atau jaringan (Darussalam, 1996).
