LAPORAN PENELLTIAN
EFEK SINAR-X TERBADAP TRANSPOR KALSIUM KE DALAM ERITROSJT
Oleb
Azhari, Drg. Mkes. Dibiayai oleh Dana DlK Universitas Padjadjaran Tahun Angganln 2000 Oengan DIP No. 060/23/2000 Tgl.l April 2000
LEMBAGA PENELITV\N UNlVERSITAS PAOJADJARAN
_ ..._
" FAKULTAS KEDOKTERAN GIGI UNIVERSITAS PADJADJARAN Nopember, 2000
LEl\fBAR LAPORAN AKHIR
JOENTITAS DAN PENGESAHAN PENELITIAN SUMBER DANA OIK UNPAD T AHllN ANGGARAN 2000
----------------------------------------
,
4..1<
....
~
1;~
I. a. Judul Penelitian: Efek Sinar X terhadap Transfer Calsium ke dalam Eritrosit. b. Macam Pcnelitian: (X) Dasar ( ) Terapan ( ) Pengembangan. c. Kategori: l/Il/Ill. 2. Katua Peneliti: a. Nama lengkap dan gelar b. .lenis kelamin c. PangkatiGoionganlNip d. Jabatan Fungsional e. Fakultas/J urusan f. Bidang ilmu yang diteliti
: Azhari Drg. Mkes.
: Laki-laki : Penatall lIcil 3 I 567587 : Lekior Muda. : Kedokteran gigi. : Radiologi Molekuler
3. Jumlah Tim Peneliti: 3 (riga) orang.
4. Lokasi Penelitian: Lab. Biokimia UNPAD 5. Bila penelitian ini merupakan peningkatan kerjasarna kelembagaan:' a. Nama Instansi : b. Alarnat 6. Jangka waktu penelitian: 6 bulan 7. Biaya yang diperlukan Ro. 3..000.000 (tiga juta rupiah) Band ng,
,
Mengetahui Dekan'Fakultas Kedokteran Gigi :Uni rsitas Padjadjaran
•
....~ .- ....
'DR-:- Setia~an Natasasmita, Drg. N1P: , 130321 245
Ketu
eneliti ./
-:
Azhar' \ r Mkes NIP: 13\ 567 587
Menyetujui Ketua Lernbaga Penelitian Universitas Padjadjaran
Prof. Dr. Johan S. Masjhur, dr, Sp KE, SpKN NIP : 130 256 894
11 - 2000
ABSTRAK
Jon kalsiwn merupakan unsur penting dalam proses Metabolisme, yang
berfungsi sebagai Ca faktor maupun proses sekresi sel. Ion calsium masuk kedalam sci rnelalui dikeluarkan melalui proses
Transforaktif
proses Konsentrasi
Transpor fasif dan dalam set
harus
dipenahankan dalam keadaan normal konsian kecil. Penelitian dilakukan pada dosis radiasi sinar-x (2 x 200 Tad)mcrupakan dosis terapi dengan lnkubasi Ca~' bervariasi 50, 100, 150 dan 200 Mg dalam waktu
j
5
detik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa, Inkubasi pada dosis
50 Mikromol
terjadi rata-rata bambatan masuk ke dalam Eritrosit sebesar: 53,5%, dosis Mikromol 35,5%, 150 Mikromol 26,5%,
200 Mikromol 56%,.
Keadaan
100 101
menunjukkan bahwa radiasi sinar-x pada dosis 2 x 200 rad dapat mcngganggu proses Transfor dengan jalan menghambat masuknya Ion Calsiurn ke dalam sel secara
Signifikan dan tidak tergantung besar dosis ink~asi.
ABSTRACT
Calcium ion
IS
the important element in the process of metabolism, which
function as not only factor Ca but also the process of cell secretion. Calcium
ion
enters the ceil by the process of passive transfort and is
released in the way of the active transfort process. Concentration in the eel has to be maintained in the little normal condition. The research is implemented in the doses of X-Ray radiation (2 x 200 rad), which is the therapy doss with incubation Ca2+ varying 50, 100, 150, and 200 Mg in 15seconds. The result of the research proves that the consist of an obstacle on an average in entering eritrocit as 35% for the doses of 50 Mikromol, 35,5 % for the doses of 100 Mikromol, 26,5% for the doses od 150 Mikromol, and 56% of the doses of 200 Mikromol. The condtion shiws that the radiation of X-Ray in the doses of 2 x 200 rad can distrub the procesS-of the transfort by hampering the entrance of calcium ion in the cell significantly and does not defend on the amount of doses.
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmaanirrahiim. Segala puji saya panjatkan sena hidayah-Nya,
•
kehadirat Allah SWT. yang telah memberikan
sehingga penulis
dapat menyelesaikan
penelitian
rahmat
ini dengan
judul: Efek Radiasi Sinar-x Terhadap Transpor Calsium Kedalarn Erirrosit. Beberapa hambatan mengiringi proses pcnelitian-penelitian
ini memberi ani
dan menambah pengalaman dan wawasan tentang Efek Radiasi. Tidak Iupa saya mengucapkan terima kasih banyak pada sernua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan sam persatu, Akhir kata penulis berbarap, sernoga
basil penelitian ini dapat berrnanfaat
bagi pembaca, praktisi di bidang Radiologi khususnya.
Bandung,
11-2000
,..~._. Penulis
ii
nAFTAR lSI
'.tr Halam~ ABSTRAK
.
ABSTRACT
.
KATAPENGANTAR
11
DAFTAR [St
".........
DAFTAR TABEL BAB 1
111 V
PENDAHULUAN
..
I. 1, Latar Belakang
.
1.2, Identifikasi Masalah
"
1.3. Kerangka Pernikiran BAS II
,
,
,
,
,
, ,.."
.
,
.),
.
4
..
6
.
6
..
8
".
8
2.4 Struktur Alphasubunit
.
8
2.5 Radiasi dengan Materi
..
9
..
10
..
10
TlNJAUAN PUSTAKA 2.1 Kinetika Transport
2.2 Pompa Kalsium pada Membran Plasma 2.3 Kinetika Pompa ATP (P Type)
2,6 EI'ek Biologi Radiasi Pengion
,
,
2.7 Mekanisme Terbentuk Radikal pada Sel Biologi
,
2.8 Efek Radiasi Sinar X Terhadap Lipid Membran Eritrosit.. ..
12
2.9 Efek Radiasi Terhadap Protein Membran Eritrosit ...........
13
iii
•
3.1 Tujuan Penelitian................................................................
..J3'
3.2 Manfaat PeneLitian..............................................................
15,
BABJV
METODE PENELITlAN
..
16
BABV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHA$AN
.
20
BASIl!
TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
DAFTAR PUSTAKA
.
15
,
24
..~.....
iv
DAFTAR TABEL
Tabel I: Laju Transpor Calsium pada Membran Eritrosit Ke)ornpok Kontrol. Tabel 2: Laju Transpor Calsium pada Membran Eritrosit Kelornpok Percobaan. Tabel 3: Hambatan Transpor Calsium Kedalam dalam (%).
..,..__- .
• v
BABI PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Sejak ditemukannya Sinar Rontgen oleh Prof. Dr. Wilhelm Conrad Rontgen! tahun J 895, penggunaan sinar x semakin meluas baik di bidang kedokteran, kedokteran gigi. teknik industri, pertanian dan lain-lain. Pemakaian sinar-x di bidang kedokteran, kedokteran gigi digunakan sebagai radioagnostik maupun radioterapi. Selain rnempunyai manfaat yang besar sinar-x dapat juga menimbulkan efek yang merugikan jaringan atau sel hidUP. yang biasa disebut dengan efek biologis (Wherman & Hing, 1981). Para pekerja sinar-x atau pekerja di lingkungan radiasi sangat menghindari efek ini bahkan kadang-kadang sangat berlebihan. Keadaan ini cukup beralasan karena masih kurangnya penelitian yang dapat memberikan informasi tentang efek biologi. Konsep yang sampai saat ini masih dianut tidak mengenal harga ambang yaitu konsep "ALARA" (as low as reasonabJe). Di mana sekecil apapun paparan sin3r~Xakan mempunyai efek negarif yang hams kita hindari karena dapat menghasilkan gugus Radikal bebas pada molekul yang dilewatinya. Radikal bebas yang terbentuk memiliki dua sifat. Pertama mempunyai reaktifitas yang tinggi karena cenderung menarik elektron dan selanjutnya dapat merubab suatu molekul menjadi radikal. Membran sel eritrosit yang terdiri dari lipid dan protein
1
merupakan sasaran dari radikal bebas ini. Proses
inilah
yang mendasari berbagai
proses patologis yang terjadi pada jaringan atau organ. Radikal cenderung berpasangan rnolekul baru akan membentuk
sehingga terbentuk radikal baru, kemudian ,
radikal bebas lagi, sehingga terjadi reaksi raruai,
Keadaan ini dapat terjadi pada rnembran eritrosit. Bagian mernbran yang terpenting dalam trasport adalah molekul protein, yang akan menjaga keseimbangan nutrisi dan
ion, baik di dalam maupun di luar sel yang disebut dengan protein pengemban. Protein transport mempunyai dua betas
domain hydrophobic yang membentuk
protein trans mernbran (Voet & Voet, 1995) yang dibangun dari sebagian besar alta helix, kemudian lembaran beta dan coil. Afinitas glukosa dengan protein pengemban
mempunyai
tingkat kejenuhan karena keterbatasa jumlah
dan kemampuan
pengemban yang dapat mempengarubi nilai Komisi, di samping itu dapat dihambat juga
oleh inhibrator SH sehingga dikatakan transport nutrisi menyerupai reaksi
enzimatis dan rnempunyai gugus SH sebagai pusat aktif Radiasi sinar-x sangat sensitif terhadap
asam amino yang menganding
gugus SH dan ikatan hidrogen,
yang berfungsi mempertahankan struktur seRGnClerdan tertier dari protei. Asamasam amino yang menyusun protein paling rawan terbadap asam amino sistein dan gugus inilah
radiasi sinar-x adalah
yang' paling peka terhadap
radiasi sinar-x
sehingga dapat terbentuk ikatan disulfida (Unsclear, 1987) yang menirnbulkan ikatan intra dan inter molekuler schingga mengalarni perubaban konformasi, pada gilirannya protein pengemban dapat kehilangan fungsi biologi dalam hal ini adalah protein saluran dan enzim (Bertsche U, 1984 dan Felix JB, dkk, 1991). Di samping peran
2.
protein transport, lipid bilayer
juga memegang peranan renting dalam proses, t..
transpor ini. Unsur lipid yang utama pada mernbran, fospholipid dan g/iko/ipiJl~
,
merupakan unsur lipid paling banyak pada membran dan mengandung banyak asam lemak tidak jenuh
seperti linoleat, tinolenat, dan arochidonat yang merupakan
bagian paling sensitif tcrhadap radiasi sinar-x (Thomas, AB. 1991) akibatnya ikatan rangkap dapat terputus dapat pula terjadi ikatan silang lipid dengan polypeptide yang mengakibatkan perubahanj?uitiif(ls (Gwozdzinski, 1991) pada gilirannya akan mengakibatkan perubahan permeabilitas membran (Thomson, dkk, 1991). Fluidiras membran merupakan bagian penring untuk berfungsinya protein berfungsi untuk mentranspor nutrisi terutama keseirnl.angan nutrisi didalam dalam di luar
membran yang
pada proses Transporaktif (Ca~. sel akan mempengaruhi
proses
kelangsungan hidup sel (Lee AG, Michalegeli F; East JM, 1991). Dari perubahanperubahan membran erirrosir tersebut peneliti rnenarik suatu hipotesis bahwa radiasi sinar-x dapat menyebabkan perubahan transpor Kalsium, Untuk mendapatkan hasil, penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode penelitian sungguhan (true eksperimenj'dengan rancangan faktorial. 1.2. Identifikasi Masalah
- Apakah sinar-x dapat mempengaruhi laju transport calsiurn ke dalarn eritrosit ?
• - Apakah Jaju transport terpengaruh oleh dosis calsium extra cellular?
•
3
1.3. Kerangka
Pemikiran
...
~
Menurut Luckey (1980) menyatakan bahwa radiasi sinar-x pada dosis ke~ ~
dapat meningkatkan
metabolisme dan mempunyai
harga
ambang. Beberapa ,
laporan tentang.efek negatif yang terjadi akibat radioterapi seperti perubahan srruktur kelenjar ludah (Maxymiw WG., 1991). Perubahan PH ludah (Fois AM, dkk, 1991). Klasifikasi pada tulang gigi maupun rahang rerganggu (Sedlecki dkk, 1991) terjadi perubahan jumlah leukosit dan eritrosit perifer. Kesernuanya ini sebagai akibat dari gangguan proses metabolisme dan perkembangan sel (Parkins, dkk., 1991). Ion Calsium di dalam sel berfungsi dalam proses
metabolisme terutama
sebagai CO-Enzim dan Fungsi Sekresi. Konsentrasi di dalam sel Ion Calsium dipertahankan tetap dan kecil dengan proses transport aktif(Albert, 19(5). Membran merupakan bagian yang terpenting dari suatu sel, yang terdiri dari lipid
bilayer dan protein (struktural dan fungsional). Radiasi sinar-x
dapat
mempengaruhi membran eritrosit ini yaitu terbenruknya radikal hidroksil (Cassaret, j 968)
yang merupakan bagian yang paling berbahaya karena dapat menyebabkan
reaksi rantai dengan lipid maupun prote'i'il1)engemban yang akan mernbentuk radikal lipid maupun radikal protein. Para peneliti mengatakan bahwa radikal yang terbentuk sensitif terhadap
asam amino sistein. Sistein ini mengandung gugusan
sulfhidril (SH) dengan radikal hidroksil akan membentuk ikatan disulfida (S-S), yang menimbulkan
ikatan intra
dan inter molekuler
sehingga
protein
pengemban
mengalami perubahan konformasi pada gilirannya mengakibatkan perubahan fungsi membran (Bertsche U., 1.984; Feix. JB, dkk., 1991). Di samping itu juga
4
sensitif
rerhadap
lemak tidak jenuh seperti Linoleat, l.inoleat dan Arochidonai terhadap,
ikatan rangkapnya sehingga mempengaruhi fluiditas membran (Gwozdzinski,
~..,. 1991'J{;
Fluiditas membran merupakan bagian penting untuk fungsi protei.n pengembang (Lee AG., dkk., 1991). Proses Transpor dilakukan oleh Protein Fungsional yang disebut dengan Calon bupati dan wakil bupati-ATPase (Calsium Transforter) (Matyskevskain op. et. aJ. 1991): Ca - ATPase merupakan
suatu protein dan
merupakan Enzirn yang rnernpunyai struktur yang kaya gugus SH (Ledish, 1995) yang terutama
bagian sisi aktif (binding site) dan merupakan tempat
berikatan
dengan [on Calsium 'pada saat proses transpor aktif terjadi. Radiasi sinar-x sangat sensitif terhadap
gugus SH ini. Melihat perubahan yang terjadi
pada proses
transpor penulis menduga masalah transpor nutrisi terutama Calsium sebagai -akibat dari radiasi sinar-x. Dari beberapa fenomena di atas dapat diarnbil suatu Hypotesa bahwa: Ho
: Radiasi sinar-x tidak mempengaruhi proses Transpor aktifCalsium
HI
: Radiasi sinar-x rnempengaruhi Transpor aktifCalsium.
5
•
/;32 '. BAn II TINJA UAN PUSTAKA
2.1. Kinetika Transpor Permeabilitas rnernbran terhadap ion dikontrol oleh sistern transpor, Hasil perbedaan muatan melewati membran menghasiikan perbedaan potensial listrik. Terdapat dua tipe proses rranspor (Voet & voei, 1995): I. Nonmediated transpor 2. Mediated transpor Non mediated transpor
melalui difusi sederhana, perbedaan
dengan mediated
dengan menggunakan aksi dari protein pengemban yang macamnya carrier. transpor,
dinamakan:
translokater.
Mediated transpor dibagi dalam 2 kategori: I. Passive mediated transpor atau facilitatif difusi pada molekul yang spesifik
mengalir
dari konsentrasi
tinggi ke konsentrasi rendah sampai pada
...~ .. .-
keseimbangan.
2. Aktive transpor, molekul-molekul spesifik dari konsentrasi rendah ketinggi, melawan kemiringan konsentrasi. Pompa Calsium: Ion Calsium merupakan bagian peruing untuk kehidupan suatu sel, terutama sebagai messengger secunder Co-faktor dan fungsi sekresi. Sehingga keberadaannya
6
walaupun dalam jumlah
kecil namun termasuk unsur yang penting, Keseimbangan
t.. dari suatu ion selalu hams terjaga baik ekstra maupun intra yang dimungkinkan ,~t:h
,
suatu sistem dalam hal ini adalah sis/em pUIIlP yang dikendalikan oleh ATPase. ATPase bila terpapar radiasi sinar-x masih kontroversial, tentang aktivitasnya (Augestein, L.G. and Grist, L.L,
1985) mengarakan bertarnbah aktivitasnya
sedangkan (Cassarcn, 1984) dapat menurunkan aktivitas ATPase. Nampaknya dosis yang digunakan dan rnetode sangat rneneruukan. Sehingga diperlukan pcnelitian lebih jauh lagi. CAl+ ATPase
Suatu Prototipe
dari P tipe yang sering disebut dengan "Calsium Pump"
berfungsi untuk mempertahankan ion ci+ disitol telah rendah + 0.1 - 0,2 mikro mol (tidak semua ion Ca2+ dalam keadaan bebas
sebagian berikatan dalam bentuk
phOSpCI, oxalat atau mo1ekul ATP). Seeara umum konsernrasi ion 2+ bebas sangat
penting. Struktur A'TPase single transmembran 100.000 MW alphapolipeptide yang mcngandung ATPase, mentransfer ion Cal+ dan membutuhkan ion Mg2+ kornplek dengan ATP (fungsi bela subunit masih konrroversi). Bagian sitosol alphasubunit mempunyai afinitas sangat tinggi (mempunyai
Komisi 10.1 M) dalarn keadaan
istirahat sedangkan pada saar fungsi disarkoplasmic retikurn bisa mencapai 10.2 mol. Aktifitas ini diatur olch ion Ca2+ bebas disitosol.
7
2.2. Pompa Calsium pada i\lembran
Plasma
,
Dalam melaksanakan fungsinya Ca1+ berikatan dengan protein yang disel)jif
,
dengan "Calmodulin"
merupakan bagian penting pada eritrosit. Ca2+ merangsang-
calmodutin yang merangsang ATPase supaya aktif yang diatur secara allosteric dan mcnghasilkan memompa Ca~+keluar, 2.3. Kinetika Pompa ATP (P tipe) Apabila
ion Ca2~ berikatan
dcngan
protein
pengemban,
protein
akan
mengalami perubahan konforrnasi, berikatan pada darah, bagian ATP yang berikatan dcngan protein dihidrolis menjadi AD!' + Pi ditransfer menjadi residu aspartat yang
spesifik dalam protein, membentuk permukaan protein Ion Ca2+ lalu berdisosiasi dari luar ke
pennukaan
protein,
selanjutnya
ikatan
aspartilphospat
dihidrolisa
menyebabkan Ez mejadi EI (bentuk semula). Permukaan luar menjadi tidak aktif dan menghasilkan pennukaan
sisi sitosol ("binding site"). Dalam
keadaan demikian
bagian sirosol mempunyai afinitas yang ringgi seperri sernula (1000 kali permukaan luar).
..
.....'Jip._ .
2.4. Struktur
Alphasubunit
Protein mengandung dengan Caz'dapat
10 transmembran alphahelix, 4 residu yang berkaitan
kalsium sepanjang membran alphahelix rnernbemuk pintu masuk, dimana melewatinya, Protein ini mengandung 3 globular sitosolic domain yaitu
A Tl'binding, phosporilasi aspartat dan energi trandusi,
8
2.5. I~acliasi dcngan Matcri I",
,..,. lnteraksi radiasi dengan rnateri mempunyai 3 mekanisme utama, pettatna , .'
efek Campton, kedua
efek fotolistrik, kcuga produksi pasangan. Efek Compton
tcrjadi bila radiasi yang datang berenergi lebih rendah dari pada energi ikat clektron pada atom. Radiasi yang datang dibelokan sehingga energi yang keluar menurun. Efe« /-'%lislrik
terjadi bila energi radiasi yang datang melebihi energi kat elektron.
Keuka radiasi berinteraksi dengan sel atau jaringan terjadi efek fotolistrik, kemudian diikuti denuan - tereksiiasi atau terionisasinva , atom atau molekul di dacrah sekiiar interaksi. Reaksi ini dapat terjadi tetapi yang utama adalah dengan elektron orbit sehingga rnolekul ini berubah menjadi radikal. Di bidang kedokteran
radiasi dan
radioaktif ini dimanfaatkan untuk radiodiagnostik dan radioterapi. Radiasi pengion adalah radiasi yang dapat
menyebabkan fragmentasi
molekul ke dalam bentuk ion, radikal atau dalam bentuk atom-atom lain. Sumbersumber
radiasi adalah sinar kosmis, sinar garna, sinar-xdan sinar UV, elektron,
partikel beta, proton, nerron dan partikel aplha. Sinar kosmis berasal dari ekstra tcristerial dengan energi lebih dari 50 megavolt, sinar gama
berasal dari
inti
radionukleotida akibat transisi isometrik dari inti yang tereksitasi menuju inti yang stabil dengan energi antara 10 sampai 100 megavolt. Sinar U-X berasal dari disintegrasi atom berupa transisi kulit atom dengan energi antara 0,0 I sampai 10 megavolt. Sinar UV berasal dari benda panas dengan energi 6 x 10",megavolt Sinar Elektron berasal dari ekselator atom yang terganggu berenergi 1,0 sampai 100
9
megavolt. Partikel beta berasal dari disintegrasi inti dengan energi antara 0,2 sampai
. 8 megavolt.
I.""
't ~
2.6. Efek Biologi Radiasi Pengion Efek biologi terhadap rubuh tergantung pada surnber dan faktor organ tubuh yang terkena radiasi, besar dosis, kualitas dan jenis radiasi, Sedangkan faktor yang berkaitan dengan organ tubuh adalah kepekaan organ serta kemarnpuan perbaikan organ secara umum kepekaan sel terhadap
radiasi berbanding terbalik dengan
ti ngkar perkembangan sel. Secara staristik efek biologi dapat berupa efek stokastik dan nontclastil. Efek stokastik dosis tertentu dapat dipastikan menimbulkan efek biologi, sedangkan
4ek
nonstokastik suatu dosis tertentu dapat menimbulkan efek
biologi bergantung pada dosis radiasi yang diberikan. Efeknya dapatsegera dengan dosis yang besar disebut dengan dosis akut, sedangkan yang kecil dan bertahap disebut dengan dosis kronik. Dari hasil penelitian mutakhir diketahui bahwa radiasi dengan dosis rendah tidak menimbulkan efek negatif terhadap rnakhluk hidup bahkan dosis rendah ini ~":-~
memberikan efek yang positif (Luckey, 1995). Dalam konsep
ini dikenal konsep
batas ambang, radiasi memberikan rangsangan yang positif pada makhluk hidup sedangkan di atas batas ambang radiasi membawa efek yang negatif.
2.7. Mekanisme Terbentuk Radikal pada sel biologi Karena radiasi rnerupakan energi yang bergerak maka jika radiasi melalui suatu
matari akan cenderung semakin pelan gerakannya dan akan rnemberikan
10
sebagian energi kemarri yang dilaluinya,
jika energi yang bergerak
cukup besar
seperti sinar netron, sinar gamma radiasi
ini akan memindahkan
elektron yang
t I",
terikat cukup kuat dari benda yang dilalui tersebut, akibatnya terionisasi jika energi radiasi melewati sel tubuh dimana
sebagian besar terdiri dari air radiasi akan
menyebabkan perpindahan elektron suatu atom ke dalam sel kemudian elektron bereaksi dengan atom lain merupakan komponen
beracun yang akhirnya
akan
menyebabkan kerusakan sel, Ion-ion terbentuk dalam sel biologi akan membentuk molekul-molekul baru.
H2O
Radiasi
H20 + e
E+H20
H++ OH*e-
H20- + H2O
H"+OH-
I-hO
Radiasi
OH" +H*
Selanjutnya Hidroksil radikal (OH"') akan berekasi hingga membentuk peroksida (H202), suatu komponen yang beracun bagi tubuh-tnanusia.
-OR* + OH* ---
R * + I-hO
Di samping itu rnolekul organik dapat bereaksi dengan OH* mernbentuk radikal organik (R *) dengan adanya oksigen radikal organik tersebut terus bereaksi sehingga terbentuk proksida juga,
11
RH + 01-1"
R*+H2O
,_ -4
R* +~
RO·2
1.;
H'" +02
HO*2
HO* + HO·2
]-hO + 02
Reaksi
ini akan
mempengaruhi
strukrur
sering disebut autooksidasi, Autooksidasi
lemak maupun protein sel hidup yang merupakan rangkaian reaksi yang terdiri
dari riga tahap, Dengan adanya radiasi, asam lemak tak jenuh akan meleoas atom hidrogen dan membentuk
radikal bebas pada iahap ionisasi. Pada periode propagasi.
radikal. Radikal ini sangat aktif dan akan membentuk radikal baru dan H202. Dari reaksi di atas radikal peroksil lebih berbahaya dibandingkan dengan H202. 2.8. Efck Radiasi Sinar-X Terhadap Struktur membran yang terpenting
Lipid Membran Eritrosit
erirrosit terdiri dari protein dan lemak. Komponen
pada mcmberan
adalah
fosfolipid,
lemak
gJikolipid dan kolesteroL,
fosfolipid dan glikolipid mengandung asam lernak iidak jenuh; linoleat, linolenat dan arachidonat ygsangat rawan terhadap Radikal
hidroksil
dapat
serangan radikal, terutama radikal hidroksil.
menimbulkan
peroxidasipilid, akibat akhir
reaksi
yang
dikenal
dari reaksi raruai ini dapat terputusnya
menjadi berbagai senyawa toksit terhadap meJonaldehida,
rantai
12
asam lernak
sci, antara lain aldehida-aldehida
9 hidroksi non enal, serta berbagai
dengan
seperti
hidrokarbon elena (C!H6) dan
penrana (CsH12). Di samping reaksi di alas, dapat pula reaksi silang antara dua.
...,
;..,
rantai asarn lemak dan rantai pepiida yang timbul karena reaksi anlara dua radikal. Perubahan yang tcrjadi pada struktur membran ini akan mempengeruhi lluiditas dan fungsi memberan yang pada gilirannya akan mempengaruhi permeabilitas mernbran. 2.9. Efek Radlasi Terhadap
Protein Membran Eritrosit
Pada membran urnumnya fungsional.
protcinnya terdiri dari
protein struktural dan
Tergolong protein fungsional adaJah reseptor enzim ATPase sedangkan
protein struktural yaitu membangun, membentuk dan mernpertahankan bentuk bikonkaf pada eritrosit. Faktor yang penting pada proses transpor ini adalah protein saluran yang berperan dalam menjaga keseimbangan nutrisi dan ion di dalam maupun di luar sel. Protein saluran merupakan protein fungsional yang berbentuk tiga dimensi, yang terdiri dan sebagian besar struktur alfa helix, beta sheetdan coli
yang merupakan
bagian penting
dalam memperrahankan
..
Oikawa, 1984). Radikal bebas sangat realctifterhadap asam-asam amino dan
konformasi (Kimio
struklur alfa helix terutama
sistein yang mengandung gugus sulthidril (SH) gugusan
inilah yang paling berperan dalam proses perusakan suatu protein saluran. Di mana pada gilirannya akan membentuk suatu ikatan (S - S) yang akan menimbulkan ikatan intra atau antara molekul protein sehingga protein terse but akan berubah konformasinya yang mengakibatkan berubah fungsi. Diduga faktor inilah yang
13
merupakan peran utama dalarn perubahan
kcseimbangan nutrisi di luardan di dalam
......
set eritrosit.
Komponen
t lemak
yang terpenting pada membran adalah
tosfolipid,
glikolipid, dan kolesterol, fosfolipid dan glikolipid rnengandung asam lemak tak jenuh: Linoleat dan Aracidonat yang sangat rawan
terhadap
serangan radikal,
terutama radikal hidroksil. Radikal hidroksil dapat menimbulkan reaksi rantai yang dikenal dengan peroxidasilipid , akibat akhir dari reaksi rantai ini dapat terputusnya asam lemak menjadi berbagai senyawa toksit terhadap
sel, antara lain aldehid-
aldehid. Di samping reaksi di atas dapat pula terjadi reaksi silang antara dua rantai asam lemak, asam lemak dan rantai peptida yang timbul karena reaksi antara dua radikal dapat menyebabkan terputusnya dan perubahan struktur rnembran ini akan terjadi kebocoran pada membran eritrosit (hemolisis) .
.....,.._ .- .
14
BASIl!
TUJUAN DAN MANFAAT PENELITJAN
3.1. Tujuan Penelitian Penelitian ini bcrtuj uan untuk mengetahui sejauhmana pengaruh radiasi sinarx membran eritrosit terhadap
transpor Biornernbran eristrosit tanpa dipcngaruhi sel
induk (Steam Cel) karena
dilakukan
secara lnvitro.dan
bagaimana efeknya
terhadap membran kaena dilakukan pada sel yang tidak mempunyai inti sel, Ion Calsium harus selalu dalam keadaan kecil di dalam set. Proses transpor aktif dari dalam ke luar akan berperan dalam rnempertahankan konsentrasi ini.
3.2. ManCaat PeneLitian Penelitian Biomembran yang dilewati oleh banyak molekul dan ion, baik secara sendiri-sendiri keberadaan
maupun berimeraksi satu sarna lain. Konsentrasi dan
suatu unsur sangat penting dalam mempertahankan
suatu proses
Metabolisme pada rnembran maupun di dalam scI. Faktor lingkungan fisik maupun kimiawi sangat mempengaruhi keseimbangan Kimiiiwi. Sinar-x marupakan faktor yang berperan secara fisik rnaupun kimiawi. Sehingga didalam basil penelitian ini didapatkan suatu perubahan keseimbangan unsur Ion Calsium terutama di dalarn sel, Sehingga percobaan ini sinar-x sebagai faktor perusak dapat diketahui secara
signifikan dapat menghambat masuknya calsium ke dalam sel eritrosit.
Hasil
percobaan ini diharapkan dapat menjadi dasar dalam penelitian selanjutnya dan dapat menjadi sumbangan ilmiah dalam melengkapi konsep yang sudah ada.
15
BABfV
METODE PENELITIAN
Bahan: Bahan kimia yang digunakan
adalah dari tingkar analitik, air yang digunakan air
suling. Donor darah dari PMI Bandung dengan menggunakan anti koagulan heparin. Larutan penyetop yang digunakan HgCL2 (2 mm) NaCI (310 mm) .lodium (0,25 mm), dalam keadaan dingin OOC(Levins & Stein 1972). Ca yang digunakan dalam bentuk CaCh dalarn larutan NaCI pysiologis dengan kadar bervariasi. Untuk mengendapkan protein digunakan: Sa (OH)2, 0,3 N sebanyak 0,5 MI dan Zn (S04) 2 5% sebanyak 0,5 MI (Nelson Somogy,1945).
....~.#_.
Alat: Sentrifugasi Klinik Merk
.
lEe - 4B Centrifuge,
USA.
Spektrofotometer, Merk Milton 4000 digital Inkubator Merk Memert, untuk mengeringkan dan memanaskan sampai 120°C. Waterbath Kottermann, dilengkapi dengan pengatur suhu dan pengatur frekuensi goyangan. Alat pengaduk dari kaca, dan "Votter Homogenser" untuk memecah Eritrosit,
16
Metoda
Objek Penelitian Darah yang digunakan
adalah darah orang dewasa sehat yang berasal dari
donor yang diambil secara acak dari PMI Cabang Bandung.
Rancangan Penelitian Eksperimen sungguhan dengan Factorial. Identifikasi Varia bel: •
Variabel
: Radiasi sinar-x
•
Variabel Penghubung
: Membran Eritrosit (Protein Membran)
•
Variabel Akibat
: Kadar
iOD
Calsium di dalam Eritrosit
Definisi Operasional
I. Kadar Calsium awal: adalah kadar calsium sebelum dilakukan percobaan. 2. Laju transpor: setelah dilakukan percobaan dikurangi kadar aW1l1. 3. Larutan
penyetop: adalah larutan yang digunakan untuk menutup saluran
membran Eritrosit,
Cara Kerja: Percobaan ini melalui beberapa tahap tertentu:
17
I.. Dua
kelompok sampel darah dari pasien yang sarna dimasukkan pada tabung . f.. Venojeet 10 cc yang mengandung heparin sebagai anti krogulan. Satu kelompok~':'" v
tabung diradiasi dengan sinar-x, sedangkan satu kelornpknya lagi tanpa radiasi. 2. Pencucian dengan menggunakan NaCl pysiologis. 3. Pemeriksaan kadar Hb, untuk mengontrol apakah membran pecah atau tidak. 4. Penentuan berat kering Eritrosit, sebagai pernbanding dengan diletakkan di atas
Foil I teks 20 M mol dikeringkan dalam oven pada suhu 120°C selama 12jam, kemudian berat Eritrosit ditentukan. (Nurhalim, 1985).
L Berdasarkan metode Linewever - Burk dan dikembangkan 450 mikro liter CaCh dimasukkan pada suhu 37()C, masukkan rnikropipet. Setelah
oleh Nurhalim (1985)
ke dalam masing-masing
tabung dipanaskan
50 mikro liter Eritrosit dengan
menggunakan
15 detik lalu distop dengan HgCh, kernudian disentrifuga
selama 15 men it, keceparan 5000 rpm. Supernatan dibuang dengan membalikkan
tabung. 2. Penenruan Kadar Calsium di dalam Eritrosit Terdapat
..
~~:.
Eritrosit di Hemolisis dengan menarnbah 2 ml
dengan menggunakan
aguadest, kemudian
batang pengaduk Eriirosit diaduk dan dikocok di atas
Vortex sampai homogen, kemudian dibiarka 10 rnenit. 3. Untuk
mengendapkan
protein ditarnbah 1,5 ml Ba (OHh lalu tambahkan Zn
(S04)2 1,5 ml. Kemudian dikocok dengan menggunakan Vortex homogenizer.
18
Setelah
homogen
disentrifuga
selama 15 menit, keceparan 5000 rpm.
diambil mengandung ion Calsium yang berasal dari dalam Eritrosit. 4. Filtrat diperiksa
kadarnya, dengan menggunakan
Fotometri (AAS). Kadar Calsium Intra Sel diketahui .
.....,.,... .
19
Atomic Absorbtion
Spektro
BABV
BASIL PENELITIAN DAN PE~mAHASAN
Pada penelitian ini penulis rnenggunakan Eritrosit sebagai objek penelitian karena di samping tergolong sel yang radiosensitif, eritrosit tidak mempunyai inti, sehingga sangat ideal untuk percobaan Transpor Biomernbran dalam hal ini Transpor
aktif ion Calsium Hasil percobaan: "'.,
Tabell. Laju Transpor Calsium pada Membrao Eritrosit deo.f.ao Variasi Kadar Inkubasi: 50, 100, 150, 200 Mm dim temperatur 37 C. tanpa Radiasi (Kelompok Kontrol),
CaCh dalam Mikro/gr Eritrosit kering 115 detik Percobaan 50
100
150
200
1
16,10
48,3
54.4
55,8
2
18.10
19.4
52.0
18.2
3
12.3
12.8
It5
26,3
4
9.2
10
13.4
15
5
6.99
5.94
15,03
11,23
Rata-rata
12,6
19,3
29.3
25.3
20
_'"• :- .
Tabel II.
*..
Laju Transpor Cal" pada Membran Eritrosit dengan Variasi kadar InkubaSi:t'" 50, 100, 1.50,200 Maksimal
I
I
-
I
-
CaCh- dalam Mikro/er Eritrosit Kerinu 115 detik
Percobaan 50
100
150
200
1
0.9
42.2
16.6
16
2
0.4
9.8
27.?
0.4
~ .)
5.4
10.8
-
4
7.4
5.3
7.2
11.6
I
5
7.85
.2.79
16...1
10.7
I
Rata-rata
4.4
14.2
13.9
8.5
I
I
3..8
Tabel U]. Persentase (%) Hambatan Ca2+ke dalam Eritrosit CaCb dalam Mikro/gr Eritrosit Kering /15 detik
Percobaan 50
100
I
94.4
12.6
2
97.8
49.5
~ .)
56.09
15.62
4
19.6
47
5
0
53
Rata-rata
53.5
35.5
hambatan
21
.. -
l
I
150
200
I
37.8
71.06
I
47.69
97.8
-
85.5
46.3
22.6
0
5
26.5
56
I
Pcmbahasan:
Dari hasil penelitian didapatkan bahwa Variasi Dosis Inkubasi CaClz pada Extracelluler 50, 100; 150 dan 200 Mikrogram pada kelompok kontrol menunjukkan perbedaan konsentrasi Ion Ca di dalam sci pada kelornpok Experimen, Dimana Konsenrrasi
di dalam sel kelornpok Experimen berkurang. Terjadi hambatan
Tranpor kedalarn sel dengan bertambahnva
dosis lnkubasi Extrasellular secara
keseluruhan serempak tidak terjadi pcrbedaan secara signilikan. Sedangkan antara dua kelompok (kontrol dan Experimen) terdapat signifikan. Keadaan ini
menunjukkan
perbedaan harnbatan secara
ierdapat pengaruh radiasi terhadap
konsentrasi didalam sel. Pola harnbatan dapat dilihat dari dua aspek, pertarna dari proses Transpor Fasifkedalam sel, dan yang kedua Transpor aktifkeluar sel. Kedua faktor terjadi bersamaan sehingga sulit untuk mengatakan Transpor Fasif atau aktif
yang
terpengaruh.
Pada penelitian terdahulu, Transpor glukosa, (Azhari 1998)
merupakan transpor pasi f kedalam sel terjadi penghambatan karena radiasi pengion. Transfer kedalam sel yang berkurang. Di sarnping itu ada juga pendapat lain yang mengatakan bahwa yang ada
radiasi sinar-x dapat menmgkalkan aktifitas Enzirn ATPase
pada Membran (Cassaren) CaATPase. Keadaan ini sesuai dengan
penelitian Transpor Calsium. Sehingga mungkin sekali kedua proses tranpor (aknf dan fasif) terganggu, sehingga tampak didalam hasil penelitian pada Tabel (2) Hasil Experimen dan persentase Hambatan yang cukup besar pada Tabel (3).
Perlu
dilakukan penelitian secara serempak sehingga tarnpak pengaruh radiasi sinar-x dan lnteraksi antar molekul.
22
BABVI
KESIMPULAN DAN SARAN
to. ,. t
-
Kesimpulan I. Membran eritrosit merupakan pembatas sel yang penting yang rnempunyai mekanisme lalu lintas yang teratur. 1
Mcmbran erirrosit dapat dipengaruhi oleh radikal bebas yang dihasilkan oleh
radiasi pengion sinar X. 3. Proses transpor akrif dan fasif yang terjadi pada membran sel dapat terganggu keduanya secara bersamaan.
Saran I. Perlu penelitian Icbih lanjut rnengenai fungsi membran dengan menggunakan teknik dcngan rnenggunakan beberapa molekul secara serempak. 2. Perlu penelitian lebih lanjut interaksi molekul dalam proses transpor dan
,.._ pengaruhnya terhadap sinar pengion.
23
DAFTAR.I'l)STAKA
I. Carruther A. 1986. ATP Regulation of the Human-red Cell Sugar Transporter.•
Combridge. J. Bioi-chern. Ag2S. P.II020-37. 2. Gwozdzinski K. 1991. Lonizing radiation-induced structural modification of Human Red Bloods Cells. Radio-Environ-Biophys. 30 (I). p.45-52. 3. Kimio Oikawa et. al. 1984. Conformation lind stabitity of/he Protein ofHuman Erythrocyte Membranes. Canada.
Anion Transport
4. Lew-VL. et. al., 199 I. Physiological (C(/·) t.evel and Ptmtpleak Turnover 111 Intact red Cells Measuredusing an Incorporated Co Chelator. Nature 1991. Jul29,298 (5873), p. 478-81. 5. Matyskevskain OP. et. al. 1991. Acuvtt» of Ml-. Ca" ATl'ase and Lipid Concentration in the Plasma Membranes 1'01 Bruin Synaptosomes in the early Stages ofAcute Radiation Injury. J. Biochem. Feb, 56 (I). p. 38-42. Ukraina.
6. Sedlecki S. Rasic V. 1991. Radiation Effec: on Calsium Concentration in Mice jaws and Teeth Afler Administration of Whole-body doses of lOGy. Stomatol-GlasSrb. Nov-Dec. 36(5). p.38S-91. 7. Voet and Voet, 1995. Biochemistry, 2nd ed.. John Willey Sons, p. 521-535. New
York.
....""._ -_
24
Lampiran
Ketua Peneliti
Nama
: Azhari, drg, Mkes
.fabatan
: Lektor Muda
Unit kerja
: Fakultas Kedokteran Gigi UNPAD
Alamat Surat : Bumi Asri A2:i Ujungberung Telepon
: 7804011
Tim Pcncliti :
No
II
"-
Nama
Bidang Kc ahlian
L
Azhari, drg, Mkes
Biologi Radiasi
2.
Lucky Riawan, drg, SpBM
BedahMulut
" -'.
Nina Djustiani
Bio Kirnia
..~-.
Instansi FKGUNPAD
FKG UNPAD
..
FKGUNPAD
