PENYIMPANAN/PENGIKATAN TOKSIN DALAM TUBUH

1. PENYIMPANAN/PENGIKATAN TOKSIN DALAM TUBUH

2. Pengikatan toksin dalam jaringan tubuh menyebabkan lebih tinggi kadar toksin dalam tubuh. Tempat-2 penyimpanan/ pengikatan toksin dalam jaringan tubuh antara lain : a. Hati dan ginjal Keduanya memiliki kapasitas yg lebih tinggi untuk mengikat zat-zat kimia, memiliki sifat pengikatan khusus seperti misal metalotionein ( jenis protein yang memiliki BM rendah yang terdiri dari mata rantai polipeptida tunggal dari beberapa asam amino) yg penting untuk mengikat logam Cd,Pb,Hg dan As di hati dan ginjal. Albumin mudah melepaskan ion logam Cd ke dalam jaringan yang memerlukannya. 30 menit setelah pemberian dosis tunggal Cd kadarnya dalam hati 50 kali lebih tinggi dari kadarnya dalam plasma darah.

3. b. Tulang Tulang merupakan tempat penimbunan utama untuk toksikan Fluorida (F), Timbal (Pb) dan Stronsium (Sr). Penimbunan ini terjadi dengan cara penyerapan silang antara toksikan dalam cairan interstisial dalam tulang. Karena ukuran dan muatan yang sama maka toksin F- mudah menggantikan OH- dalam tulang, Pb2+, Cd2+ dan Sr2+ mudah menggantikan Ca2+ dalam tulang.

4. c. Jaringan lemak Merupakan depo penyimpanan yang penting bagi zat yg larut dalam lipid misal. DDT, dieldrin, PCB. Saat kelaparan kadarnya semakin tinggi karena penyerapannya lebih kuat.

5. d. Protein plasma darah Sebagian besar toksin, misalnya Pb terikat pada albumin ( bagian dari protein ). Namun karena pengikatan ini bersifat reversibel toksin itu dapat lepas dari albumin shg kadar bahan kimia yang bebas di luar protein plasma darah meningkat.

6. Pengikatan toksin dalam jaringan melalui dua mekanisme, yaitu :1. Irreversibel/ tak bolak-balik ( tak terpulihkan) Bila toksin masuk ke dalam suatu jaringan maka toksin tersebut akan terikat kuat dan sulit lepas sehingga memberikan dampak besar pada jaringan.Contoh inhibisi insektisida malathion, jenis organofisfat terhadap enzim asetilkolinesterase yang berikatan kovalen dengan organoposfat. Oleh karena itu asetikolin tidak dapat dihidrolisis sehingga impuls saraf dari satu sel ke sel yang lain atau ke efektor terganggu.

7. 2. Reversibel/ bolak-balik ( dapat terpulihkan) Bila toksin masuk ke dalam jaringan maka toksin itu bisa lepas kembali karena ikatan yang lemah antara toksin dengan jaringan.Ikatan ini banyak terjadi dalam tubuh. Misal Efek terhadap enzim dapat terjadi karena logam berat seperti air Hg, Pb,As dimana terjadi ikatan kovalen antara logam tadi dengan gugus SH pada enzim, sehingga enzim tidak dapat berfungsi. Contoh lain, pengikatan Pb oleh albumin (pada protein plasma darah). Pb dapat lepas kembali sehingga kadar Pb di dalam protein plasma darah semakin menurun dan di luar protein plasma darah semakin meningkat. Contoh : Reaksi antara Arsen trivalen dengan protein dan enzim yang mengandung sulfihidril

8. Contoh-contoh reaksi pengikatan lain : 1. Reaksi pengikatan As dengan gliseraldehid-3 posfat sehingga menghambat produksi ATP Bentuk: garam As2O3 Toksik asam arsenat H4AsO4 Toksik Oksida A2O5 Toksik Garam komplek PbHAs5O4 Kurang toksik Organik As Ikatan kovalen dengan rantai karbon alifatik Bentuk Trivalen dan pentavalen Gas arsin AsH3 Paling toksik Mekanisme toksisitas As Normal Toksisitas As D-gliseraldehid 3-fosfat + NAD D-gliseraldehid 3-fosfat + NAD 1,3-difosfogliserat + NAD + H+ 1-arseno-3-fosfogliserat 3-fosfogliserat + ATP 3-fosfogliserat + HAsO4 –2 (ATP tidak diproduksi) Reaksi pengikatan As dengan gliseraldehid-3 fosfat sehingga terhambatnya produksi ATP

9. 2. Mekanisme ikatan Pb dengan enzim sulfihidril sehingga menghambat pembentukan heme ( Hb ) • Sistem hemopoietik: menghambat pembentukan Hb anemia • Sistem saraf pusat dan tepi ensepalopaty dan neuropaty tidak terkoordinasi • Sistem ginjal fibrosis dan nefropaty glukosuria, fosfaturia, aminoasiduria • Sistem gastro-intestinal iritasi kolik, konstipasi • Sistem kardiovaskuler permiabilitas kapiler meningkat perdarahan dalam • Sistem reproduksi degenerasi kematian janin, hipospermi, terato-spermi • Sistem endokrin degenerasi fungsi tyroid dan adrenal terganggu Succynil CoA + glisin syntesis ALA Delta-aminolevulinik asid ekskresi melalui urin delta ALA Forfobilinogen uroporfirinogen III Co-porfirinogen III ekskresi melalui urin Co-porfirinogen dekarboksilase Protoporfirin IX akumulasi dalam sel darah merah +Fe2+ ferokelatase Heme (Hb)

10. Timbal menghambat enzim sulfihidril untuk mengikat delta-aminolevulinik acid ( ALA ) menjadi porpobilinogen, serta protoforfirin-9 menjadi Hb. Hal ini menyebabkan anemia dan adanya basofilik stipling dari eritrosit yang merupakan ciri khas keracunan Pb.Gejala yang khas dari keracunan Pb dibagi menjadi tiga bentuk :1. Gastroenteritis : ini disebabkan oleh reaksi rangsangan garam Pb ( Pb anorganik ) pada mukosa saluran pencernaan sehingga menyebabkan pembengkakan, dan gerak kontraksi rumen dan usus terhenti, peristaltik usus menurun sehingga terjadi konstipasi dan kadang-kadang diare.2. Anemia. Timbal organik terbawa dalam darah dan lebih dari 95% berikatan dengan eritrosit. Ini menyebabkan mudah pecahnya sel darah merah dan berpengaruh terhadap sintesis Hb, sehingga menyebabkan anemia.3. Encefalopati. Timbal organik menyebabkan kerusakan sel endotel dan kapiler darah di otak. Pada umumnya barier darah otak sangat mudah dilalui (permiabel) oleh CO2 dan O2, tetapi sedikit permiabel terhadap elektrolit seperti Na,Cl dan K dan tidak dapat dilalui oleh sulfur dan logam anorganik.

11. 3. Pengikatan toksin logam berat dengan logam esensial dalam tubuh sehingga menghambat kerja enzim Keberadaan logam esensial Selenium (Se) tergantung pada keberadaan logam Cd, Pb dan Hg dalam tubuh. Bila kadar ketiga logam berat tersebut tinggi maka kadar Se akan menurun. Se dalam tubuh berfungsi untuk merubah H2O2 menjadi GSH (enzim glutation ) dan air, dan kemudian merubah GSH menjadi GSSH.GSH dibutuhkan untuk menetralkan radikal bebas yang dihasilkan oleh berbagai reaksi di dalam sel. Misalnya saja, jika ada radikal bebas OHֹ. OHֹ dapat menyerang DNA dengan memisahkan/mengambil atom hidrogen di dalamnya. Jika ini dibiarkan, akan terjadi kesalahan dalam template cetakan RNA. Jika templatenya salah, maka akan terjadi salah baca kodon yang menyebabkan kesalahan sintesa asam amino yang dibutuhkan tubuh. Hal tersebut dapat memicu terjadinya hiperplasia sel sebagai awal mula lahirnya calon sel kanker.DNA + OH. DNA. + H2O

12. Akan tetapi, jika ada GSH, maka kerusakan DNA akan diperbaiki oleh GSH. Reaksi ini mengubah GSH menjadi radikal bebas. Radikal bebas GS. tidak berbahaya karena secara alamiah dia memiliki mekanisme sendiri untuk berikatan dengan radikal bebas lainnya dan membentuk GSSH. Akan tetapi, beberapa ahli mengemukakan bahwa radikal GS dapat bereaksi dengan O2 menghasilkan sesuatu yang lebih merusak dari sekedar radikal.DNA. + GSH DNA + GS. GS + GS GSSG Dari gambaran di atas maka bisa disimpulkan bahwa penyakit kanker diinduksi juga oleh logam-logam berat seperti Pb, Cd dan Hg.

13. Jangka waktu toksin berada dalam tubuhJangka waktu toksin berada dalam tubuh ditentukan 2 hal :1. Suatu eksposisi/paparan selama periode yang lama meningkatkan risiko kerusakan karena itu terjadi efek toksik2. Suatu perpanjangan penahanan (retensi) zat dalam organisme bersama-sama dengan eksposisi ulang dapat menimbulkan akumulasi.

14. Ukuran untuk waktu suatu zat berada dalam tubuh disebut waktu paruh biologi (T1/2), yaitu waktu yang diperlukan sampai konsentrasi zat tertentu menjadi setengah dari harga asalnya.Rumus : T1/2 = 0,693/k t/T1/2atau : Nt = No(1/2) Ket : k = tetapan eliminasi Nt = kadar /massa toksin saat t No = kadar/massa toksin saat awal (t=0) t = waktu untuk eliminasi T1/2= waktu paruh biologi

15. Contoh T1/2 toksin- T1/2 DDT dalam jaringan lemak = 3,7 tahun- T1/2 Pb dlm darah merah = 25-30 hari- T1/2 Pb dlm jaringan lunak (hati,ginjal) = 2 bulan - T1/2 Pb dlm gigi,tulang rawan = 30-40 thSoal : Dari hasil uji lab, diketahui kadar DDT dalam jaringan lemak 100 ppm. Berapa kadarnya setelah 14,8 tahun ?

16. Akumulasi ToksinBila suatu zat yang mempunyai waktu paruh biologi yang sangat tinggi terkontaminasi tubuh, dalam jangka waktu yang lama akan dapat terjadi akumulasi dalam tubuh dalam konsentrasi rendah. Ini terutama untuk toksin lipofilik yang sulit dibiotransformasi/didetoktifikasi seperti DDT,dieldrin,aldrin dan turunannya.

17. - Merkuri elemental ( Hg,valensi 0 ) dan merkuri organik ( CH3Hg, C2H5Hg) termasuk non polar cenderung berakumulasi di saraf. Hal ini disebabkan 75% membran sel saraf tersusun oleh lipida.- Merkuri anorganik ( HgCl ) berakumulasi di ginjal

18. BAB 6 BIOTRANSFORMASI TOKSIN

19. BIOTRANSFORMASI TOKSINAdalah perubahan zat beracun oleh makhluk hidup, terutama terjadi di hati. Dalam berbagai referensi disebutkan bahwa toksin yang mengalami biotransformasi adalah toksin yang melewati saluran pencernaan, karena setelah melewati lambung, ke usus halus kemudian ke hati untuk didetoktifikasi ( dibiotransformasi ). Sedangkan toksin yang melewati saluran nafas ( alveoli ) dan kulit langsung diedarkan lewat darah ke organ-organ lain di seluruh tubuh, tidak melewati proses biotransformasi di hati terlebih dauhulu.

20. Hati Manusia Gambar : hati manusia dan retikulum endoplasma serta lisosom dalam sel hati tempat biotransformasi toksin Sumber : Wikipedia, 2008

21. Dengan demikian, toksin yang diserap lewat saluran nafas dan kulit lebih berbahaya dibandingkan dengan toksin yang melewati saluran pencernaan ( yakni melalui lambung, usus halus dan kemudian ke hati). Di hati, dalam proses biotransformasi terjadi 2 kemungkinan :1. DETOKTIFIKASI/BIOINAKTIVASI : HILANG SIFAT RACUN TOKSIKAN( Dari non polar/lipofilik ke polar ke hidrofil )2. BIOAKTIVASI : LEBIH RACUN DARI SENYAWANYA( Dari non polar/lipofilik ke produk antara pengalkilasi yg elektrofilik dan terjadi pengikatan kovalen pd jaringan antara lain menyebabkan tumor dan kanker )

22. MEKANISME BIOTRANSFORMASIMELIPUTI 2 REAKSI : REAKSI FASA I DAN REAKSI FASA II1. REAKSI FASA I ATAU REAKSI FUNGSIONALISASI/ MEMASUKKAN GUGUS FUNGSIONAL YG SESUAI ( a.l : OH, COOH, NH2 DAN SH ) KE DLM TOKSIN SHG MENGUBAH TOKSIN NON POLAR MENJADI BENTUK YG LEBIH POLAR HAL INI DPT DICAPAI DG : a. SECARA LANGSUNG MEMASUKKAN GUGUS FUNGSIONAL, MISAL : HIDROKSILASI SENYAWA AROMATIK DAN ALIFATIK.2. REAKSI FASA II ATAU REAKSI KONYUGASI

24. Contoh : 1) Oksidasi benzena ( gol.aromatik) menjadi fenol Benzena Fenol 2) Oksidasi etena (gol.alifatik) menjadi etandiol Etene Etandiol

25. b. Memodifikasi Gugus-2 Fungsional yang ada dalam struktur molekuk :1) Reduksi senyawa azo dan nitro menjadi gugus fungsional 2) Dealkilasi oksidatif dari atom N,O,S menghasilkan gugus-gugus NH2, OH dan SH R-S-CH3 + O2 R-SH (alkil metil sulfur) (Sulfihidril R-O-CH3 + O2 ROH (eter) (alkohol)

26. MACAM-MACAM REAKSI FASA 1:A. REAKSI OKSIDASITOKSIN YG DIOKSIDASI : MISAL METANA, BENZENA, ETENAREAKSI BERJALAN LEBIH CEPAT.BILA TDK CEPAT DIOKSIDASI AKAN DI KONYUGASI.ENZIM KATALIS : SITOKROM P-450TEMPAT : RETIKULUM ENDOPLASMA

27. Contoh-2 Reaksi Oksidasi a. Alifatik/aromatik membentuk alkohol (-OH) Contoh : 1) Oksidasi Alifatik a) Oksidasi metana menjadi metanol CH4 + O2 CH3OH Metana Metanol b) Oksidasi etena menjadi etanadiol Etena etanadiol

28. 2) Oksidasi Aromatik a) Oksidasi benzena menjadi fenol Benzena Fenol

29. b) Oksidasi benzoapirin Karena terdapat epoksid menyebabkan bersifat bioaktivasi

30. 3). Oksidasi amina) Oksidasi Amin primer menjadi keton b) Oksidasi amina sekunder menjadi hidroksilamin

31. c) Oksidasi Amin tersier menjadi nitroso

32. B. REAKSI REDUKSIJARANG TERJADI. TERJADI PD SENYAWA AMINA, AZO, KETON, ALDEHID YG TAHAN OKSIDASI ENZIM KATALIS : ENZIM REDUKTASE TEMPAT : RETIKULUM ENDOPLASMA CONTOH a. Redukisi nitrobenzena menjadi anilin

33. b. Reduksi Aldehid menjadi alkohol primer Etanal Etanol c. Reduksi Keton menjadi aldehid Dimetil Keton propanal

34. C. REAKSI HIDROLISISMOLEKUL YG DIHIDROLISIS ANTARA LAIN GOLONGAN ESTER. MOLEKUL INI AKAN PECAH MENJADI 2 MOLEKUL KARENA PENGAMBILAN 1 MOLEKUL AIR ENZIM KATALIS : ENZIM ESTERASE,AMIDASE TEMPAT : SITOPLASMA CONTOH Etil metanoat As.Etanoat Metanol + H2O

35. 2. REAKSI FASA II ( REAKSI KONYUGASI )REAKSI INI MELIBATKAN BEBERAPA JENIS METABOLIT ENDOGIN (YG ADA DLM TUBUH ) DI RETIKULUM ENDOPLASMA,ANTARA LAIN :1) GLUKURONAT, GLISIN DAN ASAM SULFATHASIL REAKSI KONYUGASI BERUPA TOKSIN BERSIFAT HIDROFIL,TIDAK TOKSIK DAN BISA DIEKRESIKAN LEWAT GINJAL/EMPEDU. ( Prinsif : H dan OH menjadi H2O )a. 4 senyawa membentuk konyugasi dg glukuronat Yaitu alkohol alifatik/aromatik, asam-asam karboksilat, senyawa sulfihidril, senyawa amin

36. b. 3 senyawa yang membentuk konyugasi dg asam sulfat yaitu fenol, alkohol alifatik, amin aromatik Contoh : c. 3 senyawa yg membentuk konyugasi dg glisin Yaitu asam karboksilat aromatik, asam aril asetat, asam akrilat

37. d.GLUTATION/ ASAM MERKAPTURAT(GSH) BERPERAN PENTING PADA PROSES DETOKTIFIKASI SENYAWA ELEKTROFILIK REAKTIF YG DAPAT MENYEBABKAN KERUSAKAN JARINGAN, KARSINOGENIK, MUTAGENIK DAN TERATOGENIK. KARENA MEMBENTUK IKATAN KOVALEN DG GUGUS- GUGUS NEOFILIK YG TDP PD PROTEIN DAN ASAM NUKLEAT SEL. GSH TERDAPAT PADA USUS, GINJAL, JARINGAN LAIN, TERUTAMA HATI, MENGANDUNG GUGUS NUKLEOFIL SULFIHIDRIL (SH) YG DPT BEREAKSI DG SENYAWA ELEKTROFILIK REAKTIF SHG DPT MELINDUNGI JARINGAN SEL YG PENTING.

38. Keunikan dari GSH adalah terdapat atom S yang memiliki sifat keelektonegatifan tinggi ( kelebihan elektron, δ- ) yang mampu berikatan dengan atom elektropositif ( kekurangan elektron, δ+) dari senyawa karsinogenesis kimia.Banyak senyawa alifatik, arilalkil halida, sulfat, sulfonat, nitrat dan organoposfat mempunyai atom C yang kekurangan elektron shg dapat bereaksi dg glutation melalui pemindahan nukleofil membentuk konjugat glutation.Contoh : δ-δ+ δ+ δ- G S H + R-CH2-X ----- RCH2-SG + HXContoh lengkap fase reaksi senyawa karsinogen :Antrasena + O2(bioaktivasi) ---- Epoksid antrasena ( Fasa I )Epoksid antrasena + GSH ---- Asam I-naftilmekapturat (Fasa II) ( mudah dieksresi lewat urin )

39. Keunikan dari GSH adalah terdapat atom S yang memiliki sifat keelektonegatifan tinggi ( kelebihan elektron, δ- ) yang mampu berikatan dengan atom elektropositif ( kekurangan elektron, δ+) dari senyawa karsinogenesis kimia.Banyak senyawa alifatik, arilalkil halida, sulfat, sulfonat, nitrat dan organoposfat mempunyai atom C yang kekurangan elektron shg dapat bereaksi dg glutation melalui pemindahan nukleofil membentuk konjugat glutation.Contoh : δ-δ+ δ+ δ- G S H + R-CH2-X ----- RCH2-SG + HXContoh lengkap fase reaksi senyawa karsinogen :Antrasena + O2(bioaktivasi) ---- Epoksid antrasena ( Fasa I )Epoksid antrasena + GSH ---- Asam I-naftilmekapturat (Fasa II) ( mudah dieksresi lewat urin )

40. 2)Reaksi metilasi Reaksi metilasi mempunyai peran penting pada proses biosentisis beberapa senyawa endogen, seperti norepinefrin, epinefrin dan histamin, serta proses bioinaktivasi obat. Koenzim yang terlibat pada reaksi metilasi adalah S-adenosil-metionin (SAM). Reaksi metilasi terjadi di adrenal, paru-paru, hati, ginjal. Contoh : reaksi metilasi nikotin menjadi turunan amonium kuarterner

41. 3) Reaksi asetilasi Reaksi-reaksi asetilasi merupakan reaksi yang umum untuk amin aromatik dan sulfonamida, serta membutuhkan kofaktor asetil-KoA yang bisa didapatkan dari jalur glikolisis atau melalui interaksi langsung dari asetat dan koenzim A. Contoh pada reaksi di bawah ini. Asetilasi berlangsung terutama dalam hati, limfa, paru-paru dan usus.

42. PROSES BIOTRANSFORMASIPROSES BIOTRANSFORMASI SUATU TOKSIN TERGANTUNG SIFAT KIMIA TOKSINNYAA. TOKSIN HIDROFIL CONTOH : ESTER FENOSULFAT DAN ASAM HIPURAT LANGSUNG DIEKSRESIKAN LEWAT EMPEDU DAN DIKELUARKAN LEWAT TINJA, URINB. TOKSIN POLAR Contoh : C6H5OH (FENOL), C6H5COOH (ASAM BENZOAT) LANGSUNG MENGALAMI FASE II (KONJUGASI) DAN BERSIFAT HIDROFILIK DAN DIEKSRESIKAN LEWAT EMPEDU DAN NGINJAL SERTA DIKELUARKAN LEWAT URIN ATAU TINJA.

43. PROSES BIOTRAMSFORMASIC. TOKSIN LIPOFILIK CONTOH : C6H6 ( BENZENA ), METANA (CH4),ETENA (C2H2) AKAN MENGALAMI REAKSI FASE I YAITU OKISIDASI, REDUKSI ATAU HIDROLISIS. TERDAPAT 2 KEMUNGKINAN : 1. MENGHASILKAN SENYAWA YG LEBIH TOKSIK ( TERJADI BIOAKTIVASI ) DAN MENJADI PRODUK PERANTARA PENGALKILASI YG ELEKTROFILIK DAN TERJADI PENGIKATAN KOVALEN PD JARINGAN. Contoh : Oksidasi benzena menjadi fenol Pd.Reaksi Fasa I Etena Epoksid etena (Karsinogen)

44. 2. MENGHASILKAN SENYAWA YG SEMAKIN KURANG TOKSIK DAN AKAN MENGALAMI FASE II YAITU KONYUGASI CONTOH : BENZENA Benzena

45. D. TOKSIN LIPOFILIK STABIL CONTOH : BENZOAPIRIN, TEL, DDT, DIOXIN, JELAGA, TER BATUBARA AKAN TERJADI PENIMBUNAN DI JARINGAN LEMAK. AKAN MENGALAMI REAKSI FASE I YAITU OKISIDASI, REDUKSI ATAU HIDROLISIS. TERDAPAT 2 KEMUNGKINAN : 1. MENGHASILKAN SENYAWA YG LEBIH TOKSIK ( TERJADI BIOAKTIVASI ) DAN MENJADI PRODUK PERANTARA PENGALKILASI YG ELEKTROFILIK DAN TERJADI PENGIKATAN KOVALEN PD JARINGAN. CONTOH : OKSIDASI BENZOAPIRIN OLEH ENZIM ASETIL HIDROKARBON HIDROKSALASE

46. Oksidasi Benzoapirin Karena terdapat epoksid bersifat bioaktivasi

47. 2. MENGHASILKAN SENYAWA YG SEMAKIN KURANG TOKSIK DAN AKAN MENGALAMI FASE II YAITU KONYUGASI Contoh :

48. E. SENYAWA PENGALKILASI CONTOH : EPOKSID ETILENA, EPOKSID BENZOPIRINMERUPAKAN SENYAWA PENGALKILASI YG LEKTROFOILIK (KEKURANGAN ELEKTRON). AKAN TERJADI PENGIKATAN KOVALEN PD JARINGAN. SEHINGGA MENYEBABKANREAKSIANTARA ARN/ADN DENGAN SENYAWA PENGALKILASI MENYEBABKAN TUMBUHNYA SEL ABNORMAL. CONTOH : 1) EPOKSID ETILENA ( MERUPAKAN ALKILATING AGEN YANG AKAN BERIKATAN DENGAN ATOM N DARI DNA DAN DAN DISEBUT DNA ADDUCT) (Disebut DNA adduct)

49. 2) EPOKSID BENZOPIRIN (Disebut DNA adduct)

50. Tambahan :Ikatan di atas merupakan ikatan kovalen. Kekuatan ikatannya terbesar diantara ikatan-2 lain, 4-14 kali kekuatan ikatan ion. Daftar kekuatan ikatan-ikatan sbb:Tipe ikatan Kekuatan ikatan (Kkal/mol)Kovalen 40 – 140Ion 10Hidrogen 1-7