Oksidasi LDL: Apa dan Siapa?

penyakit jantung koroner merupakan penyakit dengan tingkat prevalensi yang tinggi akhir-akhir ini. selain itu, penyakit ini juga termasuk penyakit pembunuh nomer 1 di Indonesia. karena tingkat mortalitas yang tinggi, beberapa upaya preventif telah dilakukan untuk mencegah penyakit ini, salah satunya dengan konsumsi antioksidan dalam mencegah pembentukan plaque. akan tetapi, apakah semua antioksidan cocok dalam upaya mencegah penyakit ini? bagaimana dan apa sebetulnya yang terjadi dengan tubuh ketika LDL teroksidasi? pada artikel ini akan membahas sedikit mengenai oksidasi LDL dan siapa yang dapat mengoksidasi LDL yang merupakan faktor penyebab timbulnya plaque yang berakibat pada jantung koroner sehingga dapat dicari jenis antioksidan apa yang sesuai dengan kondisi ini.

kolesterol merupakan turunan lemak yang hanya terdapat pada hewan. pada manusia, kolesterol dapat disintesis sendiri secara endogen melalui acetyl co-A dengan menggunakan SREBP-1. makanan yang mengandung lemak dan kolesterol juga akan dicerna oleh tubuh dan diserap sehingga akan meningkatkan kadar kolesterol dalam tubuh. kolesterol akan diserap bersama lemak (trigliserida) melalui suatu senyawa protein yang disebut dengan kilomikron. kilomikron akan membawa kolesterol dan trigliserida ke dalam tubuh yang membutuhkan untuk sintesis membran sel, hormon dan sebagainya. kilomikron akan melepaskan trigliserida dan kolesterol dengan menggunakan bantuan enzim lipoprotein lipase yang terdapat dalam pembuluh darah. setelah beredar, kilomikron akan berubah menjadi kilomikron remnant yang kemudian dibawa menuju hati untuk menjadi VLDL. di dalam VLDL, trigliserid akan ditambahkan ke dalam kilomikron bersama dengan kolesterol. VLDL ini kemudian akan beredar dan berubah menjadi LDL. LDL merupakan lipoprotein dengan kandungan penyusun utama kolesterol. LDL sangat mudah mengendap dan teroksidasi dengan senyawa radikal bebas. lalu pertanyaan selanjutnya siapa yang dapat mengoksidasi LDL?

LDL yang teroksidasi (ox-LDL) akan menyebabkan makrofag melakukan fagositosis. makrofag akan memakan ox-LDL melalui mekanisme oksidasi sehingga akan menyebabkan kematian pada makrofag (radikal dilawan dengan radikal). makrofag yang mati akan menempel pada dinding pembuluh darah dan menyebabkan makrofag lain berdatangan dan mekanisme berulang. sel-sel makrofag yang mati dan menumpuk, yang disebut dengan foam sel, kemudian akan diperkeras dengan adanya kalsium membentuk plaque yang menyebabkan elastisitas dan luas permukaannya menjadi kecil. kompensasi dari hal ini akan meningkatkan tekanan darah. akibat tekanan darah yang tinggi, maka plaque akan ruptur sehingga membentuk trombus yang dapat menyebabkan sumbatan pada pembuluh darah kecil seperti arteri koronaria sehingga terjadilah iskemik heart attack (PJK), sudden death dan berakibat pada kematian langsung.

beberapa senyawa oksidan diduga mempengaruhi oksidasi pada LDL adalah 1) superokside, 2) nitrit okside radikal, 3)15-lipoxigenase, 4) senyawa metal. superokside merupakan radikal yang terbentuk pada rantai respirasi. superokside ini dapat pula berasal dari RE melalui sitokrom p-450 dari NADPH-sitokrom P-450 reductase.superokside terdapat pada jaringan endotel, otot polos dan monosit. beberapa penelitian menunjukkan penggunaan SOD (Superokside dismutase) tidak menurunkan aktivitas dari superokside dalam mengoksidasi LDL. superokside akan mengoksidasi LDL secara langsung meski dengan atau tanpa adanya metal (fe, cu).

nitrit okside merupakan senyawa yang dihasilkan pada jaringan otot polos yang berdampak pada vasodilatasi pembuluh darah. nitrit okside akan menyebabkan aktivasi dari enzim guanil siklase yang akan menyebabkan GMP menjadi cGMP.selain itu, apabila LDL teroksidasi, maka NO ini juga yang memiliki aktivitas sebagai pertahanan terhadap oksidasi LDL karena superokside. superokside akan menyebabkan degradasi senyawa SIN-1 yang akan melepaskan superokside dan NO. NO bertugas sebagai antioksidan dalam mencegah oksidasi LDL lebih lanjut akibat superokside.

15-lipoxygenase merupakan suatu enzim yang berperan dalam pembentukan prostaglandin dan prostasiklin di dalam tubuh. enzim ini berfungsi memberikan gugus LOOH pada senyawa lipid sehingga terjadi perubahan bentuk lipid. beberapa penelitian menunjukkan bahwa 15-lipoxigenase bertanggung jawab terhadap oksidasi LDL dalam tubuh. hasil samping dari oksidasi enzim ini adalah senyawa MDA (Malonedialdehida) yang reaktif dan dapat mengoksidasi senyawa protein seperti DNA. 15-lipoksigenase ini dapat dihambat melalui pemberian vitamin E sehingga pemberian vitamin E merupakan solusi yang tepat dalam mencegah oksidasi LDL. akan tetapi, vitamin E ini bekerja sinergis dengan vitamin C. vitamin C akan membuat vitamin E teroksidasi menjadi vitamin E kembali. sedangkan kerja vitamin C juga dipengaruhi oleh gluthation yang membutuhkan selenium untuk kinerjanya.

metal juga memberikan sumbangan terhadap oksidasi LDL meski penelitian lebih lanjut perlu dilakukan. pada seseorang dengan kadar metal tinggi di dalam darah, maka akan sangat mudah LDL teroksidasi. metal sangat berpengaruh terhadap oksidasi LDL akibat pembentukan radikal hidroksil dan superokside melalui mekanisme reaksi Fenton (sebelumnya dikenal dengan Harber-Weiss). oleh karena itu, pada penderita yang sering mendapat transfusi darah misalnya, sebaiknya perlu dilakukan pembuangan metal besi dari dalam tubuh agar tidak terjadi oksidasi LDL yang berakibat pada PJK.

oleh karena itu, penulis menyimpulkan bahwa antioksidan yang sesuai dan tepat untuk mencegah oksidasi dari LDL adalah vitamin E, vitamin C dan selenium. zink tidak begitu dibutuhkan karena kerja atau aktivitas dari enzim SOD (Superokside dismutase) tidak mendukung penurunan oksidasi LDL oleh radikal superokside. akan tetapi, penelitian lebih lanjut perlu dilakukan untuk mengetahui secara pasti karena ini hanya merupakan dugaan sementara dari percobaan in vitro yang kemudian disamakan dengan in vivo.

Vitamin C: Apa dan Siapa?

Vitamin C atau asam askorbat merupakan vitamin larut air dan merupakan jenis vitamin esensial pada beberapa spesies seperti manusia, primate non-manusia, tikus “guinea pig”, kelelawar buah, burung bul-bul dan beberapa jenis ikan. Esensial karena vitamin ini tidak bisa dibentuk atau disentesis pada tubuh. Hal ini disebabkan karena pada beberapa spesies tersebut tidak terdapat enzim gulonolactone oxidase akibat mutasi pada coding DNA sehingga protein (enzim) tidak terbentuk. Pada beberapa hewan, vitamin C merupakan suatu senyawa lactone yang tersusun atas 6 karbon dan dapat diperoleh melalui siklus glukoronat. Vitamin ini merupakan vitamin turunan dari senyawa glukosa di dalam tubuh.
Vitamin C merupakan vitamin yang bersifat sebagai agen pereduksi (donor electron) sehingga peran atau fungsi vitamin C didasarkan pada perannya tersebut. Electron donor pada vitamin C beraswal dari 2 elektron yang terdapat pada ikatan rangkap atom C2 dan C3. Pada kondisi standar, nilai E0 untuk asam askorbat adalah +0,06 volt. Standar ini didasarkan pada persamaan reaksi:
Elektron aseptor + Elektron (s) Elektron Donor

Asam askorbat atau vitamin C akan mendonorkan 1 elektronnya sehingga terbentuk senyawa radikal monodehidroaskorbat atau sering disebut dengan asam askorbat radikal. Akan tetapi, senyawa ini bersifat stabil dan tidak mudah bereaksi dengan senyawa lain serta dapat dikonversi ulang menjadi asam askorbat di dalam tubuh. Hal ini menimbulkan pemahaman bahwa asam askorbat atau vitamin C merupakan pendonor electron yang ideal di dalam tubuh.

Asam askorbat apabila telah teroksidasi akan berubah menjadi asam dehidroaskorbat yanhg bersifat stabil. Pembentukan asam dehidroaskorbat ini terjadi akibat oksidasi pada oksigen molekuler, oksigen molekuler dan trace metal (contoh: besi, tembaga), superoxide, radikal hidroksil dan asam hipoklorat. Asam dehidroaskorbat akan dimetabolisme menjadi 2 jalur. Jalur pertama adalah diubah menjadi asam 2,3-diketogulonik atau direduksi kembali menjadi asam askorbat melalui jalur intermediet radikal bebas. Pembentukan 2,3-diketogulonik ini terjadi melalui reaksi enzimatis atau reduksi kimia. Reaksi enzimatis ini dibantu dengan menggunakan 2 protein yaitu glutaredoksin (thiol transferase) atau protein X yang masih belum diketahui. Sedangkan reaksi kimia terjadi dengan menggunakan glutathione melalui pembentukan glutathione disulfide.

Senyawa 2,3-diketogulonic ini akan didegradasi lebih lanjut menjadi xylosa, xylonat, lyxonate dan oxalate. Studi pada hewan menunjukkan bahwa rantai karbon pada asam askorbat akan menjadi gas karbon dioksida, akan tetapi, pada manusia, asam askorbat akan dibuang dalam bentuk oksalat.

Di dalam makanan, asam askorbat terdapat dalam 2 bentuk yaitu asam askorbat dan asam dehidroaskorbat. Asam askorbat menyusun sekitar 80-90% dari vitamin C dalam makanan dan asam dehidroaskorbat menyusun sekitar 10-20%. Oksidasi asam askorbat dalam di dalam makanan sangat menentukan umur dari makanan. Sebuah epimer dari asam askorbat, asam erythorbic (D-isoascorbic acid, D-araboascorbic acid), sering ditambahkan ke dalam bahan pangan untuk memperpanjang umur dari makanan. Akan tetapi, senyawa ini tidak memiliki aktivitas seperti asam askorbat di dalam tubuh.

Asam askorbat diserap pada ileum dan jejunum di usus manusia. Studi pada hewan coba menunjukkan bahwa asam askorbat diserap dengan menggunakan Na+ (Na-Dependent) dan mekanisme ini juga mungkin terjadi di dalam tubuh manusia. Hal ini didasarkan pada studi tikus “guinea pig” yang membutuhkan vitamin C dari makanan. Penyerapan asam askorbat di dalam usus menggunakan Na+-Dependent yang membutuhkan ATP. Sedangkan asam dehidroaskorbat diserap dengan menggunakan jalur transport isoform glukosa tidak berenergi dan Na+-Independent (GLUT-1, GLUT-3, dan sebagian kecil GLUT-4). Sedangkan asam askorbat, meskipun menggunakan Na+-dependent tetapi tidak menggunakan jalur isoform glukosa seperti pada asam dehidroaskorbat.

Vitamin C atau asam askorbat merupakan senyawa yang bersifat reduktor kuat. Senyawa dengan nama lain 2-oxo-L-threo-hexono-1,4-Lactone-2,3-enediol atau (R)-3,4-dihydroxy-5-((S)- 1,2-dihydroxyethyl)furan-2(5H)-one ini memiliki berat molekul 176,14 dengan rumus kimia C6H8¬O6. L-askorbat bersifat stabil pada pH asam dan mudah teroksidasi oleh udara. Selain itu, vitamin ini bersifat mudah rusak oleh panas.

Vitamin C di dalam tubuh memiliki berbagai peran dalam tubuh. Peran tersebut dibagi menjadi 2, yaitu peran enzimatik dan non-enzimatik. Fungsi vitamin C di dalam tubuh adalah sebagai berikut:
a. Enzim Dopamine -Hydroksilase
Enzim ini berfungsi dalam hydroksilasi dopamine pada sintesis katekolamin norepinefrin pada neuron perifer, neuron sentral dan medula adrenal. Enzim ini membutuhkan Cu+ pada sisi aktifnya untuk dapat aktif. Vitamin C berperan dalam reduksi Cu2+ menjadi Cu+ sehingga enzim dapt bekerja dengan baik.

b. Enzim Peptidyl Glycine -Amidating hydroksilase
Enzim ini berperan dalam amidasi beberapa hormon atau agent signaling parakrin. Hormon atau agen signaling parakrin ini biasanya dibentuk dalam kondisi inaktif. Contoh beberapa hormon dan agent signaling parakrin adalah: tyrotropin releasing hormon, gonadotropin-relasing hirmin, oksitosin, vasopresin, koleosistokinin, gastrin, kalsitonin, sibstance P dan neuropeptide Y. Untuk dapat mengaktifkannya, hormon atau senyawa agen parakrin ini harus diaktifkan melalui penambahan gugus -amida pada gugus terminal karboksi. Enzim ini terdiri dari 2 kelas enzim yaitu peptidil-glisin -Hydroksilating Monoxygenase (PHM) dan peptidil-glisin -Amidating Lyase (PAL). Asam askorbat berperan dalam reduksi Cu2+ menjadi Cu+ pada sisi aktif enzim terutama pada enzim PHM.

c. Enzim Prolyl 4-Hydroksilase, Prolyl 3-Hydroksilase dan Lysyl Hidroksilase
Defisiensi asam askorbat akan menimbulkan gangguan sintesis kolagen yang berdampak pada penyembuhan luka yang lama. Kolagen merupakan suatu protein yang dibentuk dari procolagen polypeptida. Prekursor dari kolagen adalah pre prokolagen dan prokolagen yang harus diproses sebelum dapat disekresikan dan distabilkan. Preprokolagen dibentuk dari polisom yang terikat pada retikulum endoplasma kasar. Setelah itu, preprokolagen akan berubah menjadi prokolagen dan ditransfer ke dalam aparatus golgi. Prokolagen sebelum disekresikan perlu dimodifikasi.

Prokolagen polipeptida tersusun atas beberapasekuens tripeptida x-proline-glisin. Pada beberapa senyawa kolagen, gugus prolin sering diganti dengan lisin. Pada modifikasi prokolagen, Hidroksilasi harus terjadi yang dipengaruhi oleh asam amino pada gugus x dan asam amino yang berdekatan dengan gugus x tersebut. Hidroksilasi ini membutuhkan enzim prolyl 3-hydroksilase, prolyl 4-hydroksilase dan lysyl hidroksilase yang membutuhkan vitamin C untuk dapat bekerja dengan baik. Setelah terjadi hidroksilasi pada gugus prolyl dan lyslyl, 3 prokolagen polipeptida ini akan membentuk triple helix. Beberapa residu hydroksilisil akan mengalami modifikasi lebih lanjut dengan subtitusi O-galactosil atau O-galactosil--glycosil. Dengan terbentuknya triple helix, maka sekresi prokolagen akan semakin cepat. Prokolagen yang tersekresi ini kemudian akan mengalami modifikasi lebih lanjut pada terminal amin atau karboksil yang dapat berasosiasi dengan fibril melalui reaksi enzimatis. Asosiasi fibril dengan modifikasi prokolagen akan membentuk "cross link" yang merupakan intermolekular stabil.

d. Trimethyllysine Hydroksilase dan γ-Butirobetaine Hydroksilase
Defisiensi vitamin C dapat menyebabkan kelelahan. Hal ini disebabkan karena defisiensi vitamin C akan mengganggu pembentukan karnitin. Karnitin merupakan quartener zwiter ion asam amino yang diperlukan pada metabolisme asam lemak terutama pada pembentuan turunan asilkarnitin. Asilkarnitin dibutuhkan dibutuhkan untuk transportasi asam lemak rantai panjang ke dalam mitokondria untuk oksidasi asam lemak dan pembentukan ATP. Turunan karnitin, karnitin palmytoil transferase dan karnitin palmytoilkarnitin translokase, berperan pada transport asam organik rantai pendek keluar mitokondria.
Kebutuhan karnitin di dalam tubuh dapat dipenuhi melalui 2 jalur, yaitu dari makanan seperti daging unggas, daging, ikan dan sintesis dalam tubuh (de novo). Sintesis de novo di dalam tubuh dipengaruhi oleh 2 faktor utama yaitu kecukupan dari diet dan kondisi patologis seperti gagal ginjal, DM, kanker, konsumsi alkohol berlebihan serta kardio miopati.
Karnitin merupakan senyawa dari turunan lisin dan S-adenosyl methionin. Vitamin C berperan pada hidroksilasi dengan bantuan 2 enzim yaitu γ-butirobetaine dan trimetillisin hidroksilase. Defisiensi vitamin C berhubungan dengan gejala cepat lelah pada pasien dengan scurvi. Defisiensi vitamin C berhubungan dengan penurunan sintesis karnitin. Dengan menurunnya karnitin akan menyebabkan penurunan oksidasi asam lemak di dalam hati dan otot yang berakibat pada kelelahan.

e. 4-Hydroksiphenylpyruvate Dioxigenase
Vitamin C juga berperan dalam katabolisme tirosin terutama pada enzim 4-hydroxyphenylpiruvate dioxygenase. Enzim ini menggunakan oksigen molekuler untuk mereaksikan berbagai macam reaksi oksidasi. Enzim ini mengkatalisi suatu reaksi yang disebut dengan "NIH Shift". Defisiensi vitamin C dapat menyebabkan peningkatan asam amino tirosin di dalam darah.

f. Antioksidan

Oksigen:Kawan atau Lawan?

Mahkluk hidup untuk dapat melakukan kerja membutuhkan energi. sumber energi utama adalah energi matahari. Akan tetapi, energi matahari ini tidak dapat langsung dimanfaatkan oleh mahkluk hidup secara langsung, melainkan harus diolah terlebih dahulu oleh tumbuhan menjadi senyawa gula dengan menggunakan bantuan gas karbondioksida. Senyawa gula ini akan dimanfaatkan oleh mahkluk hidup untuk memenuhi aktivitas kerja tubuh. Akan tetapi, senyawa gula saja kurang dapat dimanfaatkan oleh tubuh mahkluk hidup bila tidak terdapat oksigen.

Oksigen merupakan suatu elemen golongan VI A pada sistem tabel periodik yang terdapat bebas di alam. Di alam oksigen terdapat dalam 2 bentuk yaitu oksigen singlet dan oksigen triplet. Oksigen singlet merupakan oksigen dalam kondisi tereksitasi (excited state) dimana lebih reaktif dibanding dengan oksigen triplet. Oksigen singlet dapat terbentuk melalui proses fotosintesis atau melalui eksitasi reaksi kimia yang tidak membutuhkan cahaya. Oksigen singlet tidak mengikuti aturan hund dan terdapat 2 awan elektron yang bertemu pada orbital phi x. Oksigen inilah yang menyebabkan mahkluk hidup dapat menghasilkan energi. Akan tetapi, hasil sampingan dari oksigen ini, yang kita kenal dengan radikal bebas, merupakan sesuatu hal yang perlu diwaspadai.

Reduksi oksigen singlet di dalam tubuh, akan diubah menjadi senyawa superokside. Percobaan secara invitro dapat diketahui bahwa superokside dapat diperoleh secara elektrolisis oksigen, melarutkan KO2 ke dalam air, dll. Di dalam sistem biologis, superokside dapat dibentuk pada mitokondria (ubiquionone cythocrom c reductase dan NADH Dehydrogenase), membran retikulum endoplasma (NADPH-cytochrome P-450 Reductase), leukosit (NADPH Oxidase) dan sitoplasma (Flavin, katekolamin, hydroquinone, thiols, melanin, microsomal electron transport chain, cytochrom oxidase, ferrodoxin dsb). Radikal superokside yang berlebihan, akan menimbulkan reaksi autooksidasi yang berakibat pada kerusakan jaringan.

Radikal superokside dapat bereaksi dengan senyawa lain karena senyawa ini bersifat nucleophilic (menyerang inti) dan dengan adanya H (abstraksi hidrogen) dapat membentuk senyawa perhidroksil atau peroxynitrit yang beracun ( bersifat sitotoksik). Oleh karena itu, tubuh telah menyediakan sistem pertahanan terhadap radikal superokside ini melalui enzim SOD (superokside dismutase). Superokside dismutase dapat mencegah pengrusakan sel akibat superokside melalui reduksi Cu pada enzim ini kemudian mengembalikan Cu ini dalam kondisi semula (Cu 2+) dengan menggunakan ion hidrogen dan radikal superokside. Hasil akhir dari SOD adalah berupa oksigen dan hidrogen peroksida.

Hidrogen peroksida juga dapat diperoleh melalui penambahan ion hidrogen pada perhidroksil. Hidrogen peroksida bersifat toksik akibat reaksi fenton dimana akan menghasilkan senyawa radikal hidroksil yang lebih kuat dalam mengoksidasi. Oleh karena itu, tubuh langsung mendismutase senyawa ini menjadi air dan oksigen oleh enzim katalase. Hidrogen peroksida dapat dihasilkan oleh tubuh melalui beberapa reaksi oksidase seperti acyl-coA oxidase, D-aminoacid oxidase, urate oxidase, xanthine oxidase, gluthation oxidase dan monoamine oksidase. Enzim-enzim ini terdapat di peroksisome sehingga konsentrasi katalase akan tinggi pada daerah ini.

Radikal hidroksil merupakan radikal yang lebih reaktif dibanding dengan superokside atau hidrogen peroksida. Radikal hidroksil ini mampu mengoksidasi DNA secara langsung disamping senyawa lain seperti lemak, protein atau gula. Selain melalui reaksi fenton (dengan bantuan besi), radikal hidroksil dapat terbentuk dari hidroksilasi senyawa cincin aromatik.

Pada kondisi patologis, terjadi kenaikan kadar radikal bebas di dalam darah. Kenaikan kadar radikal bebas ini dapat disebabkan oelh beberapa hal, namun peneliti membaginya menjadi penyebab primer dan sekunder. Penyebab primer adalah akibat paparan langsung terhadap radiasi, sedangkan sekunder disebabkan oleh trauma yang diperantarain oleh reaksi biokimia seperti aktivitas dari enzim xantine oksidase, produksi ROS oleh granulosit, aktivasi dari phospholipase, dsb. kondisi ini akan meningkatkan jumlah ROS sedangkan antioksidan di dalam tubuh menurun. kondisi ini disebut dengan stress oksidatif.

Oleh karena itu, apakah oksigen itu kawan atau lawan? anda sendiri yang dapat menyimpulkannya. akan tetapi, penulis menyimpulkan bahwa oksigen dapat menjadi kawan ataupun lawan tergantung situasi dan kondisi. Sebagai contoh, mekanisme pertahanan tubuh oleh monosit atau makrofag membutuhkan radikal oksigen utnuk membunuh mikroorganisme yang masuk. bagaimana dengan pendapat anda?