BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sejumlah unsur terutama dari golongan unsur transisi memiliki kemampuan untuk berada dalam lebih dari satu bilangan oksidasi. Hal ini merupakan salah satu sebab mengapa unsur ini dapat ada dalam beberapa bentuk spesies yang berbeda. Unsur yang ada dalam bentuk spesies yang berbeda akan memiliki sifat yang berbeda pula sehingga konsep spesiasi menjadi sangat penting untuk diperhatikan dalam rangka mempelajari perilaku unsur tersebut. Ada kalanya suatu unsur bersifat toksik pada bentuk spesies tertentu, namun tidak toksik pada bentuk spesies yang lain (Ochiai, 2008). Unsur transisi golongan 10, yang terdiri atas kromium (Cr), molibdenum (Mo), dan wolfram (W) telah banyak dipelajari dari berbagai sudut pandang seperti efeknya pada kesehatan manusia maupun lingkungan. Beberapa unsur diperlukan sebagai sumber mineral baik dalam skala mikro maupun runutan (trace). Penelitian terkini menunjukkan pentingnya spesies anorganik dalam dunia kesehatan (Malone, 2002). Salah satu aplikasi spesies senyawa anorganik yang penting adalah perannya sebagai bahan aktif obat dan nutraceutical. Nutraceutical (kadang disebut sebagai functional food) adalah bahanbahan tertentu yang
memiliki kemampuan untuk meningkatkan kualitas
kesehatan, mencegah sakit atau bersifat obat. Istilah ini dikemukakan oleh Stephen D Felice pada 1989, yang merupakan turunan dari istilah nutrition dan pharmaceuticals, yang masing-masing diperlukan untuk menjaga kesehatan dan untuk pemulihan dari sakit (Dureja, 2003). Nutraceutical berfungsi mengontrol pengendalian penyakit
secara
berkelanjutan (Pandey, 2011). Salah satu kegunaan nutraceutical adalah dalam manajemen individu untuk mengatasi penyakit diabetes mellitus. Suplemen dan obat yang banyak dipakai dipakai dalam upaya ini, bersumber dari senyawa organik. Senyawa yang banyak dikenal memiliki aktivitas obat adalah senyawa organik metabolit sekunder (flavonoid, alkaloid). Sumber bahan tradisional dari senyawa aktif tersebut ada sekitar 46 spesies, antara lain kumis kucing, bratawali,
2
buah mahoni, buah pare, lidah buaya, bawang bombay, daun nimba dan beberapa bahan herbal lainnya (Widowati dkk, 1997). Peninjauan dan pengembangan nutraceutical yang mengambil subyek senyawa anorganik jauh lebih sedikit dan kurang populer. Penggunaan persenyawaan anorganik sebagai produk suplemen masih perlu diteliti dan dipublikasikan. Diabetes mellitus (DM) dalam bahasa awam disebut penyakit gula atau kencing manis. Penyakit DM adalah manifestasi ketidakmampuan sel tubuh dalam menyerap glukosa. Pada tahap selanjutnya, glukosa menumpuk di dalam darah. Ketika darah kaya glukosa ini melewati sistem ginjal yang bertugas membersihkan darah, ginjal tak mampu menyerap kelebihan glukosa tersebut. Glukosa terbawa ke dalam urine yang membuat penderita diabetes sering membuang air kecil, merasa haus untuk menggantikan jumlah air yang keluar, dan lapar karena kehilangan glukosa. Diabetes merupakan gangguan metabolisme glukosa yang muncul karena kurang optimumnya kerja hormon insulin, baik karena jumlah ataupun kinerjanya (WHO, 1999). Penyakit DM tidak dapat disembuhkan secara total, melainkan hanya dapat dikelola agar tubuh dapat melakukan metabolisme dengan lebih baik dan mencegah komplikasi (McCarty, 2005). Diet, olahraga, suplemen atau nutraceutical, obat hipoglikemia dan insulin endogen merupakan beberapa upaya pengelolaan hidup sehat pagi penyandang diabetes. Nutraceutical diperlukan karena pengeleolaan diabetes merupakan kegiatan yang kontinyu dalam jangka waktu yang panjang (Pandey, 2011). Beberapa spesies anorganik yang berperan sebagai agen antidiabetes antara lain Cr(III), Mg(II), Mo(V) dan V(V) (Thomson et al., 2004). Spesies Cr(III) adalah yang paling banyak diteliti dan dilaporkan. Mekanisme peran Cr(III) adalah menfasilitasi interaksi insulin dengan reseptor pada langkah ketika gula masuk di permukaan sel. Penelitian peran Cr(III) dalam metabolisme karbohidrat, protein dan lemak terus berkembang. Fungsi Cr(III) di dalam tubuh adalah transformasi Cr(III) menjadi bentuk aktif biologis yang disebut Glucose Tolerance Factor (GTF). Kompleks inilah yang memfasilitasi interaksi reseptor insulin dengan reseptornya. Aktivitas ini akan memberi kontribusi pada
3
peningkatan efektivitas kerja insulin (Anderson, 2000). Studi tentang mekanisme kerja Cr(III) menunjukkan adanya suatu biomolekul yang mengandung Cr, yaitu LMWCr (Low Molecular WeightChromium binding substance), yang disebut kromodulin, yang mempunyai fungsi biologis. Kromodulin tersusun oleh oligopeptida dari glisin, sistein, aspartat dan glutamat bersama Cr(III). Kromodulin berperan untuk melakukan aktivasi reseptor insulin kinase (Vincent, 2007). Perkiraan mekanisme transport Cr(III) di dalam tubuh adalah sebagai berikut : Cr disimpan di dalam darah dalam bentuk terikat pada transferin kemudian kompleks Cr-transferin terhubungkan dengan transferin reseptor dan masuk ke dalam sel (Feng, 2007) Mekanisme tersebut membuktikan peranan spesies Cr trivalen [Cr(III)] dalam membantu proses metabolisme glukosa. Cr(III) digambarkan dapat meningkatkan sensitivitas reseptor insulin sehingga dapat membuka aliran insulin bersama glukosa memasuki membran sel. Dengan fungsi ini, distribusi glukosa menjadi lancar dan segera dapat diubah menjadi energi. Bagi penderita diabetes yang disebabkan oleh hambatan metabolisme glukosa, asupan Cr(III) sebagai mikronutrien sangat dibutuhkan (Vincent, 2007). Pada produk komersial, Cr(III) tersedia sebagai kromium pikolinat (CrPic), sebuah bentuk garam dari asam pikolinat (HPic = asam pikolinat = asam piridin-2-karboksilat). Suplemen ini ditambahkan pada susu atau biskuit yang ditujukan untuk makanan fungsional bagi penyandang diabetes. Jumlah asupan Cr yang diperlukan oleh rerata individu adalah 200 µg Cr/ hari. Berapa penelitian yang terkait dengan CrPic menunjukkan bahwa ion pikolinat dalam metabolismenya menunjukkan efek kerusakan DNA (Bogchi et al., 2002; Hepburn et al., 2003, Vincent 2012). Penambahan kromium pikolinat dan kromium nikotinat pada kultur sel hamster menunjukkan bahwa kromium pikolinat (CrPic) dapat masuk dan merusak material genetik dari sel hamster. Riset
untuk
mempelajari
persenyawaan
yang
berfungsi
sebagai
agen
antihiperglikemia masih perlu dikembangkan. Penelitian alternatif adalah suplemen dari kompleks Cr(III) askorbat (Nedim et al., (2003). Referensi lain menjelaskan adanya bentukan molekul antara
4
Cr(III) dengan asam amino (glisin, sistein, dan asam glutamat) yang berfungsi sebagai GTF (Glucose Tollerance Factor). Penemuan peran GTF diawali dari penelitian Mertz dan Swartz (1955). Tikus yang diberi diet berupa makanan berbasis ragi Torula rupanya cukup lemah dalam membangkitkan toleransi glukosa terhadap respon beban glukosa di intravena. Hasil riset ini meyakinkan bahwa ada suatu komponen diet yang tidak terdapat dalam ragi Torula dan bertanggungjawab dalam intoleransi glukosa, yang kemudian dinamakan sebagai GTF (Glucose Tolerance Factor). GTF adalah kompleks Cr3+-glutation-nikotinat. Glutation itu sendiri adalah tripeptida yang terdiri dari glutamat, glisin dan sistein. Dengan kata lain, komponen GTF yang berfungsi memulihkan toleransi glukosa adalah LMWCr (Low Molecular Weight-Chromium binding substance) yaitu suatu molekul dengan gabungan oligopeptida (glisin, sistein dan glutamat) dengan Cr (Vincent, 2007). Mertz dan Swartz dan referensi sesudahnya, melaporkan bahwa komponen yang aktif dalam GTF adalah Cr3+ dan beberapa asam amino yakni, glisin, sistein dan asam glutamat. Molekul tersebut diyakini berperan meningkatkan kinerja aktivasi insulin (Vincent, 2007; Ochiai, 2008). Glisin, sistein dan glutamat dapat berperan sebagai sebagai ligan yang bersesuaian dengan kinerja mereka sebagai komponen GTF seperti dilaporkan oleh sejumlah referensi tersebut. Beberapa referensi melaporkan pembuatan kompleks Cr dan beberapa logam lain dengan ligan asam amino. Umumnya kompleks yang dihasilkan dipelajari aktivitas biologisnya. Yang et al., (2005) melaporkan sintesis kompleks Cr3+-asam amino yaitu Cr-fenilalanin dan aplikasinya dalam aktivitas antidiabetes berupa peniingkatan respon insulin. Staniek et al. (2011), mempelajari toksisitas akut dari kompleks glisinato kromium (III). Berdasarkan uraian fungsi dan beberapa penelitian yang telah menjadi referensi tersebut ini, peneloitian tentang pemanfaatan Cr(III) dengan asam amino secara bersamaan dalam bentuk senyawa baru merupakan peluang yang masih perlu diteliti. Selain Cr(III), unsur yang telah diteliti perannnya dalam pengendalian diabetes antara lain bersama magnesium (Mg), vanadium (V) dan molibdenum
5
(Mo) (Thomson et al., 2004). Dari unsur-usur tersebut, Mo adalah unsur segolongan dengan Cr dalam tabel periodik. Molibdenum sudah diteliti sebagai unsur esensial yang menjadi komponen beberapa suplemen mineral. Peran terapetik dari Mo antara lain untuk anemia, pencegahan karies gigi dan terapi DM (Sigel & Sigel, 2002). Asupan harian yang ditolerir (Tollerance Daily Intake, TDI) untuk Mo adalah 0.009 mg Mo per kilogram berat badan per hari yang dihitung berdasarkan analisis risiko toksikologi dari sejumlah riset absorbsi, ekskresi, dan efek fisiologisnya. Beberapa senyawa Mo seperti garam molibdat dan
kompleks
Mo-askorbat
telah
diteliti
sebagai
bahan
suplemen
antidiabetes.Peran Mo dalam diabetes antara lain memperbaiki fungsi jantung, berdasarkan fakta bahwa jantung ikut terpengaruh oleh konsumsi insulin dari luar secara terus menerus (Broderick et al., 2006; Mac Donald et al., 2008). Molibdenum juga berperan dalam pengendalian kadar glukosa darah, suplemen penyandang diabetes yang mengandung Mo belum dikenal dalam produk industri (Flores et al., 2011). Analog dengan Cr, Mo juga berpeluang untuk dibuat senyawa serupa. Argumentasi logis dari peluang ini adalah karena unsur-unsur segolongan dikenal memiliki kemiripan sifat, baik fisik maupun kimia. Penelitian tentang sintesis dan penggunaan kompleks Mo-asam amino (glisin dan valin) telah dilaporkan oleh Tasner et al., (2008). Hal ini merupakan tantangan untuk pengembangan persenyawaan Cr(III) dan Mo(V) serta penelitian aktivitas biologisnya sebagai bahan aktif antidiabetes. Pengujian aktivitas sebagai antidiabetes dilakukan dengan aplikasi secara in vivo produk tersebut dan pengaruhnya terhadap kadar gula darah pada hewan percobaan.
1.2 Perumusan Masalah Dari serangkaian penelitian yang telah dipublikasikan, persenyawaan Cr(III) telah terbukti berperan positif dalam membantu kinerja insulin dalam metabolisme gula. Informasi lainnya menyatakan bahwa kromium pikolinat (CrPic) yang selama ini dikonsumsi sebagai suplemen dalam nutrisi khusus
6
penyandang diabetes, dalam metabolismenya memiliki sifat merusak DNA. Selain Cr(III), Molibdenum juga berperan dalam pengelolaan diabetes. Telah dilaporkan bahwa Mo askorbat berperan positif pada stabilitas jantung/ kardioprotektif pada penyandang diabetes yang tergantung insulin. Dari sejumlah pertimbangan tersebut, pengembangan persenyawaan baru dari Cr dan Mo masih sangat diperlukan. Dalam metabolismenya sebagai agen pengendalian kadar glukosa, Cr(III) bekerja sebagai molekul khusus yang mengandung asam amino glisin, sistein, dan asam glutamat. Dengan demikian, kompleks Cr yang disintesis dalam penelitian ini adalah Cr(III) dengan ligan 3 asam amino : glisin, sistein dan asam glutamat. Kompleks analognya dari Mo(V) juga perlu disintesis dengan asam amino tersebut. Proses sintesis senyawa Cr(III) yang dimaksud diupayakan dapat bersifat reprodusibel. Uji aktivitas produk sebagai suplemen antidiabetes diukur melalui aktivitas antihiperglikemia atau kemampuan dalam penurunan kadar gula (glukosa) darah pada hewan coba. Produk kompleks ini diharapkan menunjukkan aktivitas yang
menunjukkan peran Cr(III) dan Mo(V) sebagai bahan aktif
suplemen antidiabetes . Masalah yang diteliti dirumuskan sebagai berikut: 1. Bagaimana sintesis kompleks Cr(III) dan Mo(V) dengan ligan
asam amino
(glisin, L-asam glutamat dan L-sistein) untuk mendapatkan hasil yang optimum? 2. Bagaimana aktivitas antidiabetes dari kompleks Cr-asam amino dan Mo-asam amino yang dilihat dari parameter pengendalian kadar gula darah pada tikus percobaan terinduksi diabetes tipe 2? 1.3 Keaslian dan Kebaruan Penelitian Penelitian tentang Cr(III) dan DM telah dilaporkan dari berbagai tinjauan. Sisi kebaruan penelitian ini antara lain adalah : 1. Pengembangan produk Cr(III) baru untuk mengatasi kelemahan produk Cr yang banyak digunakan selama ini (CrPic). Originalitas penelitian terletak pada pemilihan kelompok ligan asam amino. Ligan asam amino merupakan novel ligand atau kelompok ligan baru / non klasik. Asam amino, terutama glisin,
7
sistein dan asam glutamat telah dilaporkan terlibat dalam metabolisme gula sehingga dapat mengendalikan kadar gula darah. Dengan pertimbangan tersebut, kompleks yang disintesis adalah kompleks Cr-glisin, Cr-asam glutamat dan Cr-sistein. 2. Mo dan Cr adalah unsur segolongan, yang secara umum biasanya memiliki karakter kimia dan biokimia yang mirip. Bentuk spesies Mo(V) sebagai antidiabetes belum banyak dikenal. Informasi yang dibahas masih terbatas pada diskripsi Mo sebagai mineral yang berperan sebagai antidiabetes. Aplikasi penyawaan Mo sebagai agen antidiabetes belum banyak dilaporkan. Pengembangan senyawa Mo-asam amino yang ditujukan sebagai agen antihiperglikemia (pengendali kadar glukosa) merupakan ide yang masih baru. Dengan pembentukan kompleks Cr dan Mo dengan asam amino diharapkan diperoleh kandidat suplemen dalam pengendalian kadar gula darah pada penyandang DM.
1.4 Tujuan Penelitian Tujuan utama dalam penelitian ini adalah mengembangkan produk baru yang akan digunakan sebagai suplemen antidiabetes berbasis senyawa Cr(III) dan Mo(V) dengan ligan yang bersifat bioavailable, yaitu beberapa asam amino (L-asam glutamat, glisin, dan L-sistein).
Dari tujuan utama
tersebut, ditetapkan tujuan khusus yaitu: 1. Melakukan sintesis kompleks Cr(III) dan Mo(V) dan menentukan kondisi optimum beberapa parameter sintesis, rute sintesis dan karakter fisika- kimia produk senyawa kompleks yang diperoleh. 2. Meneliti aktivitas produk yang dihasilkan sebagai agen antihiperglikemia, yaitu pengaruhnya untuk pengendalian kadar gula darah pada tikus percobaan (rattus norvegicus) galur Wistar yang terinduksi DM dengan Nicotinamidstreptozotocin.
8
1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan bermanfaat dalam hal pengembangan produk baru suplemen antidiabetes berbasis senyawa Cr(III) dan Mo(V) yang bersifat bioavailable (diterima oleh metabolisme tubuh). Senyawa tersebut diperlukan untuk kebutuhan kandidat
suplemen bagi penyandang DM
keunggulan dari suplemen yang telah ada.
yang memiliki
