PENGARUH RADIASI NUKLIR TERHADAP DNA

BAB I

PENDAHULUAN

A.                Latar Belakang

Jika kita membaca berita-berita di media massa, kita dapat mengatakan betapa sering orang membicarakan tentang radiasi nuklir. Yang dapat menyebabkan pencemaran radioaktif akibat kebocoran instalasi suatu reaktor atom. Pemahaman tentang bahayanya radiasi nuklir tepat bila dilatarbelakangi oleh tragedi yang menimpa Hirosima dan Nagasaki di Jepang, tempat pertama kalinya energi nuklir diperkenalkan sebagai bom atom, suatu  senjata pemusnah massal yang mengerikan. 

Radiasi nuklir merupakan salah satu bencana paling mematikan di dunia, tidak hanya menyebabkan kematian, tapi mungkin orang hidup yang sudah terpapar radiasi nuklir ini seperti segan hidup mati tak mau. Jika kita melihat kejadian yang ada di jepang saat ini, mungkin kita akan teringat dengan kejadian meledaknya PLTN di Chernobyl ukraina pada 26 april 1986 lalu. Ledakan ini memuntahkan potongan inti reaktor sampai 1500 meter ke langit dan menebarkan awan beracun ke 70 persen daratan eropa. Radioaktivitas total ledakan Chernobyl, menurut WHO, ditaksir 200 kali radiasi bom atom Hiroshima dan Nagasaki. (http://www.pdpersi.co.id)

B.              Rumusan Masalah

1.    Bagaimana pengaruh radiasi nuklir terhadap DNA?

2.    Berapa batas ambang kandungan energi yang bisa diterima oleh tubuh?

3.    Apa efek yang terjadi pada DNA setelah terkena radiasi nuklir ?

C.             Tujuan

Adapun tujuan dibuatnya makalah ini adalah sebagai berikut:

1.    Untuk mengetahui pengaruh radiasi nuklir terhadap DNA.

2.    Untuk mengetahui batas ambang kandungan energi yang bisa diterima oleh tubuh.

3.    Untuk mengetahui efek yang terjadi pada DNA  setelah terkena radiasi nuklir.

BAB II

PEMBAHASAN

1.                  Pengertian Radiasi

Radiasi merupakan energi yang dipancarkan dalam bentuk partikel maupun gelombang elektromagnetik (foton). Cahaya tampak, sinar UV yang kita terima dari matahari dan sinyal transmisi dari tv dan komunikasi radio adalah bentuk radiasi yang umum dalam kehidupan sehari-hari yang merupakan jenis radiasi non pengion. Jenis radiasi bentuk gelombang elektromagnetik ini tidak mempunyai energi yang cukup untuk mengionisasi materi yang dilintasinya. Sedangkan radiasi yang dikenal sebagai sinar-x, gamma, alfa,  beta, neutron dan partikel berat lainnya merupakan radiasi pengion karena radiasi tersebut memiliki energi yang cukup besar untuk menginduksi reaksi ionisasi saat berinteraksi dengan materi sehingga terjadi pelepasan elektron dari atom-atom penyusun materi yang dilintasinya. Sumber: (http://dt.tp.ac.id/doc/radiasi+nuklir#download)

Radiasi telah ada sejak terbentuknya alam semesta dan menjadi bagian dari kehidupan makhluk hidup. Radiasi akan selalu ada di sekitar kita sepanjang waktu dan tidak mungkin untuk dihindari. Sumber radiasi terdapat pada tanah yang kita injak, udara yang kita hirup, makanan yang kita makan, dan sistem tata surya. Berdasarkan sumbernya, radiasi dapat dibedakan atas radiasi alam atau latar yang sudah ada di alam sejak pembentukannya dan radiasi buatan yang sumbernya dibuat oleh manusia dengan sengaja. Selama hidupnya manusia paling besar menerima paparan radiasi dari alam khususnya gas radon. Sumber utama radiasi alam adalah radiasi kosmik yang berasal dari benda langit di dalam dan luar tata surya, radiasi terestrial yang berasal dari kerak bumi atau tanah dan radiasi internal yang berasal dari sejumlah radionuklida yang ada di dalam tubuh manusia.

2.                  Kandungan Radioaktiv dalam Tubuh Manusia

Dalam tubuh manusia mengandung radionuklida yang berasal dari alam yang dapat masuk melalui makanan, minuman, udara yang dihisap, dan luka pada kulit. Radionuklida yang dimaksud ditampilkan pada tabel di bawah ini termasuk aktivitas total dalam tubuh.

Radioaktivitas alamiah dalam tubuh manusia dengan berat 70 kg.
Nuklida	Massa total	Aktivitas total	Masukan harian
Uranium	90 µg	30 pCi (1,1 Bq)	1,9 µg
Thorium	30 µg	3 pCi (0,11 Bq)	3 µg
Kalsium-40	17 mg	120 nCi (4,4 kBq)	0,39 mg
Radium	31 pg	30 pCi (1,1 Bq)	2,3 pg
Carbon-14	95 µg	0,4 µCi (15 kBq)	1,8 µg
Tritium	0,06 pg	0,6 nCi (23 Bq)	0,003 pg
Polonium	0,2 pg	1 nCi (37 Bq)	0,6 µg

Paparan radiasi pengion pada tubuh dapat terjadi secara eksternal dan internal. Paparan radiasi eksternal merupakan paparan yang terjadi bila ada jarak antara sumber radiasi dengan individu terpapar. Sedangkan  paparan radiasi internal terjadi bila tidak ada jarak antara sumber radiasi dengan individu terpapar, sehingga sering diistilahkan sebagai kontaminasi.  Tingkat kerusakan yang ditimbulkan pada tubuh sangat bergantung antara lain pada karakteristik jenis radiasi yang mempunyai daya tembus dan tingkat ionisasi yang berbeda.

Karakteristik jenis radiasi pengion
Jenis radiasi	Perkiraan energi	Ionisasi/cm udara	Perkiraan lintasan		Asal
			udara	tubuh
Partikel
Alfa	4 – 7 Mev	20.000 - 60.000	1–10 cm	~0,1 mm	Inti radioaktif helium
Beta	0 – 7 Mev	100 - 400	0-10 cm	0 – 2 cm	Inti radioaktif
Elektromagnetik
Sinar-x	0 – 10 Mev	~ 500	0-100 m	0-30 cm	Awan elektron
Sinar gamma	0 – 5 Mev	~ 500	0–100 m	0-30 cm	Inti radioaktif

3.                  Interaksi Radiasi Terhadap Materi Biologi

Interaksi radiasi dengan materi biologi diawali dengan terjadinya interaksi fisik yaitu terjadinya proses eksitasi dan/atau ionisasi, yang diikuti dengan interaksi fisikokimia, respon biologi dan diakhiri dengan timbulnya efek radiasi. Elektron sekunder yang dihasilkan dari proses ionisasi akan berinteraksi secara langsung maupun tidak langsung. Secara langsung bila penyerapan energi dari elektron tersebut langsung terjadi pada molekul organik dalam sel yang mempunyai arti biologi penting, seperti DNA.

Sedangkan interaksi secara tidak langsung bila terlebih dahulu terjadi interaksi radiasi dengan molekul air dalam sel yang efeknya kemudian akan mengenai molekul organik penting. Interaksi fisikokimia ini dapat menimbulkan kerusakan lebih lanjut pada sel yang akhirnya menimbulkan efek biologik yang dapat diamati.

3.a. Interaksi radiasi  pada tingkat molekul

Pada saat terjadi paparan radiasi pada tubuh maka dipastikan akan terjadi interaksi antara radiasi dengan molekul air. Penyerapan energi radiasi oleh molekul air disebut sebagai proses radiolisis air akan menghasilkan ion radikal yang kemudian dalam waktu singkat menjadi radikal bebas ( dan ). Radikal bebas adalah suatu atom atau molekul yang bebas, tidak bermuatan dan  mempunyai sebuah elektron yang tidak berpasangan pada orbit terluarnya. Keadaan ini menyebabkan radikal bebas menjadi tidak  stabil, sangat reaktif  dan toksik terhadap molekul organik vital tubuh. Radikal bebas yang terbentuk dapat saling bereaksi menghasilkan suatu molekul hidrogen peroksida yang stabil dan toksik. Mengingat  sekitar 80% dari tubuh manusia terdiri dari air, maka sebagian besar interaksi radiasi dalam tubuh terjadi secara tidak langsung.

(http://infonuklir.com/readmore/read/keamanan_keselamatan/efek_radiasi/16etyh-1/Interaksi%20Radiasi%20Pengion%20dengan%20Materi%20Biologi)

Di antara makromolekul yang ada di dalam tubuh, DNA  adalah target utama dari paparan radiasi pada tubuh. Dalam hal ini kita tahu bahwa DNA merupakan molekul polimer nukleotida yang tak kasat mata dan panjangnya beribu-ribu kali panjang diameter sel yang berguna untuk menampung informasi genetik yang diperlukan. Oleh karena itu sebagai benang polinukleotida sangatlah tidak efisien bila dibiarkan berurai dalam inti sel. Bentuk primer DNA cenderung sulit untuk dikenali polimernya baik DNA polymerase maupun RNA polymerase yang berguna untuk replikasi dan transkripsi. Bila saat pembelahan sel tiba, DNA yang tidak terorganisasi tidak mampu terbagi ke sel baru sehingga mengakibatkan jenis mutasi yang lebih banyak dan sebagian besar diperkirakan akan hancur (mutasi detrimetal). Pesan utama uraian ini sangat perlu diorganisasi secara teratur. (Choirul Muslim, 197:2003).

Dioxyribo nucleic acid (DNA) memiliki struktur yang terdiri dari dua utas polinukleotida yang saling melingkari satu sama lain dan membentuk heliks ganda dengan arah putar ke kanan. Dalam setiap polinukleotida terdapat struktur monokleotida yang berikatan satu sama lain melalui ikatan 3’5’ fosfodiester. Ikatan tersebut menghubungkan antara 5’ gugus hidroksil deoksi ribose suatu nekleotida dengan 3’ gugus hidroksil dari unit gula nukleotida berikut dengan perantaraan suatu gugus fosfat. Orientasi anti paralel pada kedua utas polinukleotida memungkinkan terciptanya ikatan hidrogen di antara basa-basa nitrogen yang terdapat disisi sebelah dalam konfirgurasi heliks ganda. Pada utas heliks ganda DNA terdapat dua jenis ikatan pasangan basa, yaitu : pasangan adenine dari gugus basa purin dengan timin dari gugus basa pirimidin, dan antara pasangan guanine dari gugus basa purin dengan sitosin dari gugus basa pirimidin. Kedua pasangan tersebut berorientasi gerak kearah kanan di sepanjang aksis polinukleotida, maka untai berpasangan yang terbentuk terlihat bak anak tangga yang melingkar. (Tauhid Nur Azhar, 52:2008).

Kerusakan pada DNA sebagai akibat radiasi nuklir dapat menyebabkan terjadinya perubahan struktur molekul gula atau basa, pembentukan dimer, putusnya ikatan hidrogen antar basa,  hilangnya gula atau basa dan lainnya.  Kerusakan yang lebih parah adalah putusnya salah satu untai DNA yang disebut single strand break dan putusnya kedua untai DNA pada posisi yang berhadapan, yang disebut double strand breaks. Dalam menentukan kandungan energy pada jaringan manusia maka sering digunakan dua unit yang berkaitan. Unit tersebut adalah rad dan rem (roentgen equivalent-men). Suatu dosis antara 50-100 r yang tersebar dalam tubuh akan membuat kita sakit separuh dari orang yang diberi. 400-500 r maka orang tersebut akan mati. Sedangkan dibawah 25 r tidak menimbulkan akibat yang jelas. Akan tetapi secara alamiah sel mempunyai kemampuan untuk melakukan proses perbaikan terhadap kerusakan tersebut dalam batas normal dengan menggunakan beberapa jenis enzim yang spesifik. (John W Kimball, 269-271:1983). 

Struktur molekul tidak hanya memungkinkan penggandaan dini yang akurat, tetapi juga sangat cocok untuk pelestarian jangka panjang dari urutan basa yang terdapat didalamnya. Karena kedua rantai DNA tersebut komplementer maka informasi yang terdapat pada satu rangtai juga direkam di rantai lain. Hal tersebut berarti tiap molekul DNA mengandung dua kopi informasi. Sehingga apabila salah satu sebab urutan basa pada satu rantai berubah, maka urutan yang benar masih dapat ditentukan dari rantai komplementernya.( John W Kimball,266:1983). 

3.b. Interaksi radiasi pada tingkat sel

Sel pada dasarnya terdiri dari dua komponen utama yaitu sitoplasma dan inti sel (nucleus) yang keduanya dilindungi oleh suatu membran sel. Sitoplasma mengandung sejumlah organel sel yang berfungsi mengatur berbagai fungsi metabolisme penting sel. Sedangkan inti sel mengandung suatu struktur biologik yang sangat kompleks yang disebut kromosom yang mempunyai peranan penting sebagai tempat penyimpanan semua informasi genetika yang berhubungan dengan keturunan atau karakteristik dasar manusia.

Kromosom manusia yang berjumlah 23 pasang mengandung ribuan gen yang merupakan suatu rantai pendek dari DNA (Deoxyribonucleic acid) yang membawa suatu kode informasi tertentu dan spesifik. DNA merupakan sepasang rantai panjang polinukleotida berbentuk spiral ganda (double helix) yang dihubungkan dengan ikatan hidrogen. Fungsi DNA dalam inti sel adalah untuk mengendalikan faktor-faktor keturunan dan sintesis protein. Interaksi radiasi pengion dengan materi biologik diawali dengan interaksi fisika yaitu proses ionisasi. Elektron yang dihasilkan dari proses ionisasi akan berinteraksi secara langsung maupun tidak langsung. Secara langsung bila energi elektron tersebut langsung diserap oleh molekul organik dalam sel yang secara biologik penting, seperti DNA. Secara tidak langsung bila terlebih dahulu terjadi interaksi radiasi dengan molekul air dalam sel yang efeknya kemudian akan mengenai molekul organik yang penting. (Zubaidah Alatas,2005).

4.                  Efek terkena Radiasi

DNA yang random. Clustered damage didefinisikan sebagai dua atau lebih kerusakan (basa teroksidasi, basa hilang, atau  strand breaks) yang terjadi pada suatu tempat tertentu dalam struktur heliks DNA. Dosis sangat rendah sekitar 0,01 Gy dapat menimbulkan kerusakan  clustered DNA, yang keseluruhan terdiri dari 20% double strand breaks dan 80% jenis kerusakan DNA lainnya. Total clustered damage akibat radiasi pengion 3 – 4 kali lebih besar dari double strand breaks dan nampaknya tidak  terjadi pada sel yang tidak di radiasi. Tingkat  clustered damage yang terjadi segera setelah paparan radiasi dapat digunakan sebagai dosimeter yang relatif sensitif. Karena kumpulan kerusakan tersebut tidak dapat diperbaiki dan terakumulasi dalam sel, maka dapat dideteksi pada waktu yang lebih lama setelah paparan.

Kerusakan yang terjadi pada DNA dan kromosom dapat menyebabkan sel tetap hidup atau mati yang sangat bergantung pada proses perbaikan yang terjadi secara enzimatis. Bila proses perbaikan berlangsung dengan baik dan tepat/sempurna dan juga tingkat kerusakan yang dialami sel tidak terlalu parah, maka sel bisa kembali normal seperti keadaannya sebelum terpapar radiasi. Bila proses perbaikan berlangsung tetapi tidak tepat maka akan dihasilkan sel yang tetap dapat hidup tetapi telah mengalami perubahan. Artinya sel tersebut tidak lagi seperti sel semula, tetapi sudah menjadi sel yang baru atau terubah/abnormal tetapi hidup. Selain itu, bila tingkat kerusakan yang dialami sel sangat parah atau bila proses perbaikan tidak berlangsung dengan baik maka sel akan mati.

5. Beberapa Efek Biologi pada Tubuh Manusia

5.1. Efek genetik.

Efek biologi dari radiasi ionisasi pada generasi yang belum lahir disebut efek genetik. Efek  ini  timbul  karena  kerusakan  molekul  DNA  pada  sperma  atau ovarium  akibat  radiasi.  Atau,  bila  radiasi  berinteraksi  dengan  makro  molekul DNA, dapat memodifikasi struktur molekul ini dengan cara memecah kromosom atau mengubah jumlah DNA yang terdapat dalam sel melalui perubahan informasi genetik  sel.  Tipe ini  dapat  menimbulkan  penyakit  genetik  yang  diteruskan  ke generasi berikutnya.

5.2. Efek somatik

Bila organisme  (seperti manusia)  yang  terkena  radiasi mengalami kerusakan biologi  sebagai  akibat  penyinaran,  efek  penyinaran  tersebut  diklasifikasikan sebagai  efek somatik. Efek  ini  tergantung  pada  lamanya  terkena  radiasi  sampai pertama timbulnya gejala kerusakan radiasi. Selanjutnya diklasifikasikan sebagai efek somatik jangka pendek atau jangka panjang.

5.2.1 Efek somatik jangka pendek

Efek ini timbul dalam waktu beberapa menit, jam, atau minggu sejak penyinaran radiasi. Efek  dari  dosis  yang  tinggi  terlihat  dengan  gejala:  mual,  lemas,  eritema  (kemerahan abnormal  di  kulit),  epilasi  (rontoknya  rambut),  gangguan  darah,  gangguan  entistimal, demam  dan  terkelupasnya  lapisan  luar  kulit,  berkurangnya  jumlah  sperma  pada  pria, kemandulan  tetap  atau  sementara  dari  wanita  dan  pria,  serta  kerusakan  sistem  syaraf pusat (pada dosis radiasi yang sangat tinggi).

Menurut  International Commision Radiation Protection (ICRP-60) untuk orang dewasa sehat,  dosis  yang  menyebabkan  kematian  pada  50%  populasi  yang  terpajan  radiasi seluruh tubuh dalam waktu 60 hari (Lethal Dose 50/60) berkisar antara 2,5-5 Gray (2500-5000 rad), dengan dosis rerata sekitar 3,5 Gray (3500 rad). Dengan demikian, seseorang diharapkan tidak akan mengalami kematian setelah terpajan radiasi seluruh tubuh dengan dosis  di  bawah  1  Gray  (1000  rad)  selama  individu  tersebut  tidak  dalam  kondisi  sakit sebelum terkena pajanan radiasi. Bila  dosis  yang  diterima antara  6-10  Gray,  kebanyakan  individu  akan  mengalami kematian,  kecuali  bila  segera mendapat  penanganan medis  yang  tepat  untuk mencegah terjadinya infeksi dan perdarahan. Di atas 10 Gray, kematian akan terjadi meskipsun telah dilakukan usaha seperti transplantasi sumsum tulang dari donor yang sesuai. Agar  efek  biologis  akibat  radiasi  tidak  terjadi,  atau  bila  harus  terjadi  di  bawah  dosis ambang,  dalam  pelaksanaan  diperlukan  prosedur  penggunaan  untuk  menjamin terhindarnya dari pajanan radiasi .

BAB III

PENUTUP

1. Kesimpulan

Berdasarkan latar belakang, perumusan masalah yang telah diuraikan di atas, dapat disimpulkan bahwa:

1.      Pengaruh radiasi nuklir terhadap sel terjadi secara langsung maupun tidak langsung. Secara langsung bila penyerurapan energi dari elektron tersebut langsung terjadi pada molekul organik dalam sel yang mempunyai arti biologi penting, seperti DNA.Sedangkan interaksi secara tidak langsung bila terlebih dahulu terjadi interaksi radiasi dengan molekul air dalam sel yang efeknya kemudian akan mengenai molekul organik penting

2.      Kandungan energi yang bisa diterima oleh tubuh setelah terpajan radiasi nuklir yaitu dengan dosis  di  bawah  1  Gray  (1000  rad)  selama  individu  tersebut  tidak  dalam  kondisi  sakit sebelum terkena pajanan radiasi.

3.      Efek yang terjadi setelah terkena radiasi nuklir, yakni pada Clustered damage yang didefinisikan sebagai dua atau lebih kerusakan (basa teroksidasi, basa hilang, atau strand breaks) yang terjadi pada suatu tempat tertentu dalam struktur heliks DNA. Dosis sangat rendah sekitar 0,01 Gy dapat menimbulkan kerusakan  clustered DNA, yang keseluruhan terdiri dari 20% double strand breaks dan 80% jenis kerusakan DNA lainnya. Total clustered damage akibat radiasi pengion 3 – 4 kali lebih besar dari double strand breaks dan nampaknya tidak  terjadi pada sel yang tidak di radiasi. Tingkat  clustered damage yang terjadi segera setelah paparan radiasi dapat digunakan sebagai dosimeter yang relatif sensitif. Karena kumpulan kerusakan tersebut tidak dapat diperbaiki dan terakumulasi dalam sel, maka dapat dideteksi pada waktu yang lebih lama setelah paparan.