TINJAUAN PUSTAKA
2.7. Toksikologi Insektisida
Toksisitas pada suatu organisme selalu dinyatakan dalam istilah LD50 (lethal
dose) yang berarti jumlah racun per unit berat organisme yang dibutuhkan untuk
membunuh 50% populasi percobaan. Satuan dari LD50 dinyatakan dalam mg
insektisida per Kg berat organisme. Pada kondisi bahan kimia/insektisida digunakan
untuk serangga, maka LD50 dinyatakan dalam mikrogram insektisida per serangga
( μ g/serangga ).
Konsentrasi bahan kimia yang digunakan secara eksternal dapat membunuh
yang pasti pada serangga tidak dapat ditentukan. Istilah LT50 (lethal time) adalah waktu yang dibutuhkan sehingga menyebabkan kematian 50% hewan percobaan
pada dosis dan konsentrasi tertentu (Perry et al. 1998). Metode ini digunakan ketika
jumlah hewan percobaan terbatas dan sering digunakan pada pengujian lapangan dimana sulit mengumpulkan jumlah serangga yang cukup untuk suatu pengujian.
Pada kasus tertentu digunakan nilai KD50 (knockdown dose) dan KT50 (knockdown
time).
Beberapa cara untuk melakukan pengujian pada serangga dan metode yang paling banyak digunakan adalah aplikasi topikal, karena insektisida dilarutkan dalam pelarut yang relatif tidak toksik seperti aseton dan larutan yang dihasilkan
diteteskan pada permukaan tubuh serangga (Perry et al. 1998). Metode lain yaitu
metode injeksi yang menggunakan jarum suntik yang halus terbuat dari baja tahan
karat 20-30 gauge (diameter 0,41 atau 0,3 mm), yang membutuhkan gelas kecil
untuk wadah insektisida yang dilarutkan dalam propiles glikol atau minyak kacang
tanah dan injeksi dilakukan ke dalam rongga tubuh (intraperitoneal). Metode
pencelupan digunakan ketika aplikasi topical dipandang tidak praktis untuk dilaksanakan.
Pengujian menggunakan metode kontak atau residu dengan cara insektisida
dilarutkan dalam pelarut yang mudah menguap (volatile) kemudian dimasukkan
pada kontainer gelas. Pelarut yang mengandung insektisida tersebut akan menguap dan ditampung dalam kontainer yang diputar-putar sehingga menghasilkan lapisan residu pada dinding gelas. Alternatf lain insektisida ditempatkan pada kertas saring, panel kayu atau jenis material bangunan lainnya dan dibiarkan mengering sebelum dipajankan pada serangga percobaan. Deposit residu insektisida tersebut dinyatakan
sebagai miligram ramuan aktif per meter persegi (mg atau g AI/m2).
Insektisida Organofosfat. Menurut Foley (2005), fungsi sistem syarat adalah perantaraan komunikasi antara sel syaraf dengan sel-sel lain dalam suatu organisme. Komunikasi diawali dengan melepaskan senyawa kimia yang disebut neurotransmiter dari pre sinap sel-sel syaraf. Senyawa ini berdifusi sepanjang sinap
diantara sel-sel syaraf dan sel-sel pengontak (postsynaptic) dan berikatan pada
protein reseptor di dalam membran sel. Ikatan tersebut menstimulasi perubahan
atau Cl-) yang mengalir sepanjang membran bagian bawah dari gradien konsentrasinya masuk atau keluar dari sel. Gradien konsentrasi ini dapat memicu ataupun menghambat tergantung pada perubahan muatan ion di bagian dalam sel. Pada keadaan absennya neurotransmiter muatan di luar sel menjadi negatif. Pemicu
neurotransmiter oleh sel terjadi melalui aliran ion Na+ dan dilipatgandakan melalui
pembukaan tegangan listrik sensitif pada saluran Na+ disepanjang akson sel-sel
syaraf. Aliran ini membukakan tegangan listrik sensitif saluran Ca2+ pada ujung sel
syaraf. Aliran Ca2+ selanjutnya menstimulasi perbedaan neurotransmiter berikutnya
yang menghasilkan kontraksi otot. Inhibisi neurotransmiter pada sel disebabkan
oleh aliran ion K+ atau ion Cl- yang menghasilkan suatu sel lebih resisten dalam
mendepolarisasika aliran Ca2+.
Asetilkolin adalah suatu neurotransmiter yang menstimulasikan pembukaan
saluran Na+ dan K+ . Asetilkolin memberikan sinyal pada sinap yang diakhiri
melalui suatu enzim asetilkolinesterase (AchE) yang berfungsi mengkatalisis reaksi hidroksil asetilkolin menjadi kolin tidak aktif dan asetat seperti ditunjukkan pada reaski berikut :
AChE
(CH3)NCH2CH2OCOCH3 CH3)3NCh2CH2OH + CH3CO2H
Asetilkolin kolin asam asetat
Enzim AchE merupakan kelompok serin esterase yang mengandung sisi aktif serin (Ser), histidin (His) dan residu asam amino glutamat (Glu) yang bersama-sama mengkatalisis reaksi hidrolisis asetilkolin. Ikatan H antara gugus Glu karboksilat dan N-1 pada histidin meningkatkan kemampuan N-3 His untuk bertindak sebagai basa yang menghilangkan H dari gugus hidroksil Ser. Hal ini menyebabkan oksigen pada Ser merupakan neukleofilik dan mampu menyerang gugus karboksil dari asetilkolin.
Organofosfat bekerja dengan cara menghambat enzim AchE, sehingga enzim ini tidak dapat menghidrolisis Ach. Senyawa orgaonfosfat secara luas telah digunakan menggantikan insektisida organoklorin. Senyawa ini merupakan ester atau derifat amida dari asam fosfat dan merupakan zat toksik untuk serangga maupun vertebrata melalui inhibisi enzim kolinesterase.
ENZIM-OH + Z-P-(O)(OR)2 ENZIM-O-P(O)(OR)2 + ZH Enzim kolinesterase Senyawa organofosfat enzim terinhibisi
Senyawa organofosfat diproduksi pada suhu tinggi (150 – 200 oC) sehingga
pada umumnya mengandung isomer atau produk samping yang menyebabkan bau tidak enak (Perry et al. 1998).
Gejala keracunan pada serangga mengikuti pola umum dari peracunan syaraf,
misalnya keresahan, hyperexitibility, gemetaran, kejang, lumpuh dan mati. Untuk
mengetahui mekanisme aksi toksik senyawa organofosfat adalah interaksi enzim asetilkoline dengan asetilkolinesterase (AChE). Pertama-tama AChE menghasilkan kompleks E-OH – Ach (Asetilkolin – Enzim) yang merupakan intermediasi antara enzim dengan substrat kompleks tersebut bersifat reversibel yang membentuk asetilase AChE, selanjutnya asetil AChE dihidrolisis kembali menghasilkan AChE (Perry et al. 1998).
Reaksi tersebut sangat cepat sehingga tidak terjadi akumlasi asetilkolin
sepanjang sinap atau pada sambungan neuromuscular. Bagian kolin kemudian
dihilangkan dan asam asetat berkombinasi lagi (dengan bantuan enzim lain) membentuk asetilkolin dan siklus berulang.
Insektisida organofosfat yang diaplikasikan pada serangga bereaksi dengan AChE pada kondisi yang sama. Tahap pertama enzim membentuk kompleks reversibel dengan senyawa organofosfat, kemudian kompleks putus menghasilkan organofosfat dan enzim yang terinhibisi (enzim fosforilate). Inhibisi tersebut menghasilkan fosforilat yang eksistensinya cukup sama dengan tahapan terakhir. Kemudian terjadi hidrolisis dan AChE dibebaskan dengan sebuah residu fosfat (sebagai dimetil asam fosfat). Tahapan hidrolisis tersebut sangat lambat dibanding dengan kondisi normal substrat asetilkolin sehingga enzim tidap dapat berfungsi secara efektif dengan peningkatan asetilkolin yang masuk ke sinap hasil akhir dari aktivitas syaraf. Mekanisme reaksi inhibisi tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.
ENZIM –OH++ (CH3)3N+CH2OC(O)CH3ÆENZIM-OH ---(CH3)3N+CH2OC(O)CH3
(CH3)3N+CH2OC(O)CH3 HOC(O)CH3 ENZIM-OC(O)CH3
ENZIM-OC(O)CH3 = X-P (O)(OR2) Æ ENZIM-OC(O)CH3 ---X-P(O)(OR2) XH ENZIM-O-P(O)(OR)2 X-P(O)OR2) ENZIM-O-P(OR)(OH) Gambar 3 Reaksi enzim asetilkolinesterase (A). dalam keadaan normal
(B). Terinhibisi oleh senyawa organofosfat.
Insektisida Malation. Malation termasuk ke dalam golongan insektisida organofosfat, yang pertama kali dibuat di Jerman pada tahun 1934 oleh Schrader.
Insektisida ini termasuk jenis yang aman bagi mamalia dengan nilai LD50 oral akut
900-5800 mg/kg berat badan mempunyai tekanan uap 1.25 x 10-4 mm Hg pada suhu
20 oC. Malation berwujud cair, tidak berwarna dengan titik didih 156 – 157 oC, larut
dalam hampir semua pelarut organik dan sedikit larut dalam air. Malation memiliki gugus karboksil yang menyebabkan insektisida ini mudah terhidrolisis dalam tubuh mamalia (Matsumura, 1975).
Malation merupakan insektisida organofosfat yang telah digunakan sejak tahun 1950 di Amerika Serikat. Pemakaian malation sebagai insektisida di Amerika Serikat mencapai 30 juta pound per tahun. Malation mulai digunakan di Indonesia
sejak tahun 1972 dengan metode pengasapan (fogging) ( Suroso, 1991 dan Heodojo,
1993). Malation (O,O-dimetyl dithiophosphate of diethyl mercaptosuccinate) adalah insektisida yang digunakan untuk berbagai tanaman sayuran, buah dan lain-lain.
Rumus empirik malation adalah C10H19O6PS2 dengan berat molekul 330,4 (Cox,
2003). Rumus bangun malation (gambar 4).
Gambar 4. Rumus bangun malation (www.google.com) B
Malation membunuh serangga dengan cara dalam tubuh serangga malation diubah menjadi malaoxon yang menghambat enzim asetilkolinesterase. Tahun 2000 malation diduga sebagai bahan karsinogenik, tetapi tidak cukup berdampak karsinogenik terhadap manusia (Cox, 2003). Toksisitas malation dibagi menjadi empat jenis sesuai dengan dosisnya dan ditunjukkan pada Tabel 2 berikut.
Tabel 2 Empat kriteria toksisitas malation berdasarkan nilai LD50
Jalur masuk ke dalam tubuh Toksisitas kuat Toksisitas sedang Toksisitas rendah Toksisitas sangat rendah Oral (mulut) LD50 -50 mg/kg 50-500 mg/kg 500-5000 mg/kg >5000 mg/kg Dermal(kulit) LD50 -200 mg/kg 200-2000 mg/kg 2000-5000 mg/kg >5000 mg/kg Inhalasi (pernapasan) LD50 -0,05 mg/l 0,05-0,5 mg/l 0,5-2,0 mg/l > 2,0 mg/kg