BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.6 Alkohol
2.6.2 Metabolisme alkohol
Skema metabolisme alkohol secara garis besar:
Alkohol
Enzim Alkohol Dehidrogenase (ADH) Koenzim Nikotinamid Adenine Dinukleotida (NAD) Asetaldehid
Enzim Aldehida Dehidrogenase (ALDH) Asam asetat
Oksidasi CO2 dan H2O
Alkohol yang masuk ke dalam tubuh akan mengalami serangkaian proses biokimia. Ada beberapa jalur mekanisme untuk metabolisme alkohol, dan semua jalur oksidasi alkohol ini akan menghasilkan asetaldehid (Jarvelainen, 2000).
Alkohol yang dikonsumsi, 90% di antaranya akan dimetabolisme oleh tubuh terutama hati oleh enzim alkohol dehidrogenase (ADH) dan koenzim nikotinamid-adenine-dinukleotida (NAD) menjadi asetaldehid (Jarvelainen, 2000).
Kemudian di mitokondria, asetaldehid diubah menjadi asam asetat oleh enzim aldehida dehidrogenase (ALDH). ALDH berfungsi untuk menekan level asetaldehid yang dipercaya dan diterima secara luas sebagai agen toksik terhadap hepatosit. Banyak penelitian in vitro yang menunjukkan bahwa asetaldehid merupakan substansi yang sangat reaktif sehingga menyebabkan sitotoksisitas,
genotoksisitas dan dapat membentuk adducts protein terhadap beberapa protein target dan makromolekul. Hal ini akan menyebabkan abersi mitokondrial, inaktivasi enzim-enzim, hilangnya faktor-faktor antioksidan di hati dan adanya antibodi untuk melawan adducts protein (Jarvelainen, 2000).
Asetaldehid dan radikal oksigen dapat berinteraksi dengan protein dan kompleks molekul lainnya di dalam sel, membentuk senyawa hibrida yang dinamakan adduct. Adduct lainnya dibentuk dari molekul aldehid, yang diproduksi saat interaksi radikal oksigen dengan lipid dalam sel. Pembentukan adduct menghambat fungsi asli dari protein yang terlibat adduct tersebut. Lebih lanjut, adduct dapat menginduksi respon imun (Tuma and Casey, 2003).
Gambar 2.3 Metabolisme Alkohol (a) (Tuma and Casey, 2003)
Selanjutnya, asam asetat dioksidasi menjadi CO
2 dan H
2O. Piruvat, levulosa (fruktosa), gliseraldehida dan alanin akan mempercepat metabolism alkohol (Jarvelainen, 2000).
Secara lebih rinci, terdapat 3 jalur (pathway) metabolisme alkohol dan dapat dibagi menjadi major pathway dan minor pathway:
Major Pathway
1. Jalur sitosol/ lintasan alkohol dehidrogenase (ADH)
Jalur sitosol adalah proses oksidasi dengan melibatkan enzim dehidrogenase (ADH), yang merupakan enzim utama dalam metabolisme alkohol. 90% alkohol yang dikonsumsi akan dimetabolisme oleh enzim ADH.
Hal ini terutama terjadi di dalam hepar. Metabolisme alkohol oleh ADH akan menghasilkan asetaldehid yang merupakan produk yang sangat reaktif dan sangat beracun sehingga sering menyebabkan kerusakan jaringan atau sel (Zakhari, 2006; Jarvelainen, 2000; Lu and Cederbaum, 2008).
Hasil utama dari metabolisme etanol yang melibatkan ADH adalah pengurangan ekuivalen yang berlebihan, dari NAD+ menjadi NADH.
Peningkatan rasio NADH/ NAD+ akan berpengaruh terhadap homeostasis sehingga memicu esterifikasi asam lemak, sehingga menyebabkan penyakit metabolik seperti steatosis hati. Reaksi redoks ini juga berpengaruh terhadap terjadinya hypoxic damage pada hepatosit dan lama kelamaan akan menyebabkan stress oksidatif dan peroksidasi lipid (Jarvelainen, 2000).
Keadaan hipoksia akan mempercepat terbentuknya ROS terutama hidrogen peroksida (H2O2) dan anion superoksida (O2-)(Louvet and Mathurin, 2015).
Gambar 2.4 Metabolisme Alkohol (b) (Louvet and Mathurin, 2015) Keterangan:
ADH: alcohol dehydrogenase, ALDH: aldehyde dehydrogenase, CYP2E1:
cytochrome P450 2E1, ER: endoplasmic reticulum, GSH: reduced glutathione, HO-1: heme oxygenase 1, IRF3: interferon regulatory factor 3, LPS:
lipopolysaccharide, MEOS: microsomal ethanol oxidation system, NAD:
nicotinamide adenine dinucleotide, ROS: reactive oxygen species, TNFR1:
tumour necrosis factor receptor 1, TLR-4: Toll-like Receptor 4, UPR: unfolded protein response
Hal tersebut didukung oleh data penelitian in vitro, pemeriksaan pada hepatosit menunjukkan bahwa alkohol dapat menyebabkan stress oksidatif dan bersifat toksik terhadap hati. Penelitian ini menunjukkan bahwa metabolisme alkohol melalui jalur alkohol dehidrogenase menyebabkan peningkatan ROS, kerusakan hati dan apoptosis, hal-hal ini akan dihambat dengan menggunakan antioksidan (Lu and Cederbaum, 2008).
2. Jalur peroksisom/ sistem katalase
Enzim katalase yang terdapat di dalam peroksisom mampu mengoksidasi ethanol in vitro dengan adanya hydrogen peroxide generating system, seperti kompleks enzim NADPH oksidase atau enzim xantin oksidase. Pada penelitian menggunakan tikus, pemberian alkohol secara kronik menunjukkan peningkatkan produksi H2O2 di regio perisentral hati dan peningkatan kadar enzim katalase (Zakhari, 2006).
Minor Pathway
1. Jalur sitokrom P450-2E1 (CYP2E1)/ jalur SOEM
Jalur ini sering disebut dengan SOEM (Sistem Oksidasi Etanol Mikrosom). Terletak di dalam retikulum endoplasma. Dengan pertolongan 3 komponen mikrosom (sitokrom P-450, reduktase dan lesitin) alkohol diuraikan menjadi asetaldehid (Zakhari, 2006; Lu and Cederbaum, 2008).
SOEM merupakan minor pathway dari oksidasi alkohol, mungkin hanya 10% dari kapasitas hati untuk mengoksidasi alkohol. Aktifitas SOEM akan meningkat setelah konsumsi alkohol kronik dikarenakan peningkatan dari P450 dan adanya induksi dari CYP2E1 (Lu and Cederbaum, 2008).
Teori bahwa alkohol menyebabkan stres oksidatif memegang peranan penting dalam proses terjadinya kerusakan hati, salah satunya adalah melalui induksi dari sitokrom P450. CYP2E1 ditemukan terutama di hepatosit hati, tetapi juga dapat ditemukan di sel Kupffer, mitokondria, membran retikulum endoplasma dan selular kompartemen seperti membran plasma (Lu and
Cederbaum, 2008). CYP2E1 paling banyak terdapat di zona perivena, hal ini menjelaskan mengapa kerusakan sel hati lebih sering terjadi pada daerah ini (Louvet and Mathurin, 2015).
Sitokrom P450 adalah superfamili dari hemeprotein yang berperan dalam proses oksidasi tahap akhir dan dapat memetabolisme berbagai macam substrat endogen (steroid dan asam lemak) dan xenobiotik (obat, racun dan zat karsinogenik). Adanya interaksi dengan beberapa zat tertentu, metabolisme P450 dapat menyebabkan peningkatan metabolisme racun yang akhirnya berbahaya bagi sel (Lu and Cederbaum, 2008).
CYP2E1 berperan dalam metabolisme dan mengaktifkan banyak substrat toksik termasuk alkohol menjadi lebih reaktif dan beracun. CYP2E1 juga merupakan efektif generator dari ROS seperti radikal anion superoksida dan hidrogen peroksida, serta dengan adanya katalisis besi, maka akan menghasilkan oksidan kuat seperti radikal hidroksi (Lu and Cederbaum, 2008;
Louvet and Mathurin, 2015).
Hal ini dibuktikan berdasarkan pada beberapa penelitian, terdapat indikasi yang merugikan dari enzim CYP2E1 karena adanya aktivitas dari NADPH oksidase yang dimiliki oleh enzim ini maka selama proses metabolisme alkohol akan menghasilkan reaktif oksigen spesies seperti radikal hidroksil (OH) dan radikal hidroksietil (CH3CHOH). ROS akan memicu terjadinya peroksidase membran lipid dan pelepasan sitokin. Produksi hidroksietil radikal pada penelitian in vitro berkorelasi dengan derajat peroksidase lipid dan kerusakan hati pada ALD. Pada kasus alkoholik, akan terbentuk auto antibodi untuk
melawan CYP2E1 dengan anggapan bahwa enzim ini berpotensi untuk bertidak sebagai auto antigen (Jarvelainen, 2000; Louvet and Mathurin, 2015).
CYP2E1 adalah minor pathway dari oksidasi alkohol dan fungsinya adalah mengkatalisasi 2 elektron oksidasi dari alkohol ke asetaldehid. Menariknya, asetaldehid juga merupakan substrat untuk CYP2E1 dan asetaldehid dioksidasi menjadi asetat. Jadi, secara teori maka CYP2E1 akan mengkatalis reaksi oksidasi dari etanol ke asetat. CYP2E1 juga dapat memicu 1 elektron oksidasi alkohol menjadi 1-hidroksietil radikal (Lu and Cederbaum, 2008).
NADP-dependent cytochrome P450 berlokasi di retikulum endoplasma.
Isoenzim P450 diketahui sebagai penginduksi bentuk sitokrom dari alkohol, maka dari itu enzim ini sangat berpengaruh dalam metabolisme alkohol. Untuk menjalankan fungsi katalisnya, flavoprotein reduktase seperti NADPH- sitokrom P450 reduktase sangat dibutuhkan untuk mentransfer elektron dari NADPH atau NADH untuk mereduksi heme dari ferric redox ke ferrous state (Lu and Cederbaum, 2008).
P450 juga mengaktifkan oksigen yang penting untuk fungsi katalitik, tapi hal ini juga akan menyebabkan terbentuknya ROS. Radikal superoksida anion (O2-) dalam jumlah kecil dapat diproduksi dari kerusakan kompleks oksigenasi P450. ROS dapat diproduksi dari berbagai macam aktifitas di tingkat selular melalui rantai pernafasan di mitokondria, sitokrom P450 (CYP2E1) di retikulum endoplasma, kompleks NADPH oksidase di sel Kuppfer, dan melalui enzim-enzim oksidatif seperti xantin oksidase, aldehid oksidase, siklo oksigenase, monoamine oksigenase, auto oksidasi dari heme protein seperti
ferrohemoglobin atau mioglobin atau biokimia seperti katekolamin, kuinon atau tetrahidrobiopterins (Lu and Cederbaum, 2008; Louvet and Mathurin, 2015).
Selain itu ROS juga bisa ditimbulkan karena radiasi, sinar UV, rokok dan obat-obat tertentu yang dapat menyebabkan reaksi redox. ROS bersifat racun karena ROS dapat bereaksi dengan makromolekul sehingga menyebabkan inaktivasi enzim dan denaturasi protein, menyebabkan kerusakan DNA seperti strand breaks, base removal atau base modifications yang dapat menyebabkan mutasi, peroksidase lemak yang dapat berujung pada kerusakan membran sel dan memproduksi reaktif aldehid seperti malondialdehid atau 4- hidroksinonenal (Lu and Cederbaum, 2008).
Bukti yang paling meyakinkan bahwa alkohol dapat meningkatkan stress oksidatif sehingga menimbulkan kerusakan hati adalah adanya penelitian yang pada tikus yang diberi alkohol melalui jalur intragastrik. Pada penelitian ini, terdapat peningkatan peroksidase lemak, pembentukan protein karbonil, pembentukan radikal 1-hidroksietil, dan penurunan level antioksidan di hati khususnya GSH. Maka dapat disimpulkan bahwa kerusakan hati yang dipicu oleh alkohol berhubungan erat dengan terjadinya stress oksidatif (Lu and Cederbaum, 2008).
Penelitian lainnya menggunakan HepG2 cell lines yang mengekspresikan CYP2E1, terdapat di mitokondria. Pada penelitian ini membuktikan bahwa penambahan alkohol akan menyebabkan toksisitas sel, peningkatan stress oksidatif dan kerusakan mitokondria. Dapat disimpulkan bahwa konsumsi
alkohol dalam waktu lama akan menimbulkan kerusakan pada mitokondria sehingga menyebabkan berkurangnya kemampuan hati untuk mengoksidasi lemak dan berujung pada terjadinya perlemakan hati. Hal ini dapat dicegah dengan menggunakan antioksidan. Perubahan pada Sistem Oksidasi Etanol Mikrosom (SOEM) yang disebabkan karena konsumsi alkohol yang berlangsung lama dapat menginduksi dan meningkatkan metabolisme obat- obatan, meningkatkan lipoprotein dan menyebabkan hiperlipidemia (Lu and Cederbaum, 2008).
Terdapat penelitian yang menyebutkan bahwa pada tikus yang diberikan alkohol terjadi peningkatan endotoksemia dan peroksidasi lipid, meningkatkan kerusakan hati. TNFα dan COX–2 mungkin penting dalam menyebabkan kerusakan hati tetapi tidak dijelaskan perbedaan yang berkaitan dengan jenis kelamin. Produksi TNF (Tumor Nekrosis Faktor) penting dalam patogenesis kerusakan hati yang ditimbulkan oleh alkohol. Stres oksidatif dan endotoksin telah terlibat dalam proses alkohol menginduksi produksi TNF. Bagaimanapun, penyebab dan efek dari faktor tersebut belum sepenuhnya diketahui (Zhou et al., 2003).