Lineweaver-Burk untuk menentukan Vrnax Dan KM Grafik diperoleh dengan pengeplotan 1/vo vs 1/[S] dan titik-titik
METABOLISME LIPID
B. ELEMEN KOMPETENSI 1 Mendiskripsikan struktur lipid
2. mendiskripsikan biosintesis lipid
3. mendiskripsikan proses β oksidasi
C. Materi
Lipid merupakan suatu kelompok biomolekul yang memiliki ciri khusus dalam kelarutannya dan berperan sangat penting dalam struktur dan metabolisme sel. Sebagian besar lipid terkelompok sebagai asam lemak yang mengandung glikolipid dan fosfolipid dan merupakan komponen utama dari seluruh membran sel. Lipid juga berperan penting dalam berbagai macam proses penyampaian pesan (signalling) dan hal-hal yang berkaitan dengan proses pertahanan diri.
Lipid secara alami bersifat hidrofobik sehingga lebih dapat larut dalam pelarut nonpolar seperti dietil eter, metanol, dan heksana daripada larut dalam air. Secara struktural, lipid merupakan rantai hidrokarbon yang panjang. Struktur dasar yang terdiri atas carbon dan hidrogen tersebut menyebabkan lipid bersifat nonpolar, tetapi lipid juga dapat mengandung oksigen, nitrogen dan fosfor. Gugus fungsional pada sebagian besar lipid pada umumnya adalah ikatan tunggal dan ikatan rangkap antar unsur-unsur karbon penyusunnya, ester karboksilat, ester fosfat, dan amida. Lipid berperan penting dalam metabolisme penyediaan energi. Molekul utama yang digunakan sebagai energi cadangan pada sebagian besar organisme adalah lipid nonpolar yang disebut lemak. Lemak dapat menghasilkan energi lebih besar daripada karbohidrat dan protein, sehingga merupakan sumber energi utama setelah karbohidrat.
Lipid polar merupakan komponen penting pada membran sel. Membran sel tersusun dari lipid dan protein dan merupakan pembatas bagi sel dengan lingkungannya dan sebagai pembatas untuk setiap organel di dalam sel tersebut.
73
Membran sel memberikan bentuk pada sel dan memberikan perlindungan terhadap komponen-komponen di dalam sel terhadap lingkungan luar sel. Molekul protein pada membran sel berperan sebagai saluran dan merupakan pintu pengatur yang mengontrol materi keluar dan masuk sel. Salah satu lipid dari kelas steroid, yaitu kolestrol, ikut menyusun membran sel dan berfungsi sebagai prekusor dari berbagai macam hormon. Lipid polar dapat juga mengandung nitrogen dan fosfor. Beberapa macam lipid terdapat di dalam sel dalam jumlah sedikit tetapi memiliki peran yang
penting, misalnya β-karoten dan retinal yang berperan sebagai pigmen yang terlibat dalam absorbsi cahaya; vitamin K sebagai kofaktor dari enzim; estrogen dan testosteron yang berperan sebagai hormon; prostaglandin sebagai molekul penanda (signal); dan ubiquinon sebagai pembawa elektron.
a). Macam-macam Lipid dan Fungsinya 1. Asam lemak
Asam lemak adalah biomolekul yang mengandung gugus fungsional karboksil
yang bersifat polar (−COOH). Gugus fungsional karboksil tersebut berhubungan
dengan suatu rantai hidrokarbon yang tidak bercabang (Gambar 7.1). Gugus karboksil pada asam lemak bersifat polar dan rantai hidrokarbon bersifat nonpolar, sehingga molekul asam lemak sering disebut molekul yang amfifilik. Asam lemak dapat ditemukan dalam bentuk bebas dalam sel atau jaringan, tetapi sebagian besar terikat dalam bentuk lemak (triasilgliserol). Jumlah atom karbon yang menyusun asam lemak bervariasi antara 4 (ditemukan pada mentega) sampai 36 (ditemukan pada otak). Asam lemak yang terdapat di alam umumnya mengandung 12 sampai dengan 24 atom karbon, dan sebagian besar mengandung 16 dan 18 atom karbon (Tabel 7.1.).
Gambar 7.1. Struktur dari dua macam asam lemak, (a) asam oktadekanoat yang tergolong dalam asam lemak jenuh dan (b) asam 9-oktadekanoat yang tergolong dalam asam lemak tak jenuh.
74
Tabel 7.1. Beberapa macam asam lemak alami
Nama Umum Jumlah
atom C Nama Sistematik Struktur
Asam laurat 12 asam n-dodekanoat CH3(CH2)10COOH
Asam miristat 14 asam n-tetradekanoat CH3(CH2)12COOH
Asam palmitat 16 asam n- heksadekanoat
CH3(CH2)14COOH
Asam palmitolat 16 asam n- heksadekanoat
CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH
Asam stearat 18 asam n-oktadekanoat CH3(CH2)16COOH
Asam Oleat 18 asam n-oktadekanoat CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
Asam linoleat 18 - CH3(CH2)4CH=CHCH2CH= CH(CH2)7COOH Asam linolenat 18 - CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH= CH(CH2)7COOH Asam arakhidonat 20 - CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH= CHCH2CH= CH(CH2)3COOH 2). Triasilgliserol
Triasilgliserol terdiri atas ester gliserol dengan tiga molekul asam lemak. Triasilgliserol (trigliserida) merupakan 90% dari lipid yang terkandung dalam makanan dan merupakan bentuk utama dari energi cadangan pada manusia yang umumnya disimpan di bawah kulit. Triasilgliserol dapat ditemukan dalam bentuk padat atau cairan, tergantung pada komponen asam lemaknya. Triasilgliserol pada tumbuh- tumbuhan umumnya menunjukkan titik leleh yang rendah dan berbentuk cair pada suhu kamar karena kandungan asam lemak tak jenuh yang tinggi, seperti asam oleat, linoleat, dan linolenat.Triasilgliserol pada hewan banyak mengandung asam lemak jenuh, seperti asam palmitat dan asam stearat, sehingga titik lelehnya tinggi dan pada suhu kamar berbentuk padat atau semi padat.
Molekul dasar dari triasilgliserol adalah trihidroksil sebagai penyusun gliserol. Setiap gugus hidroksil dari gliserol tersebut dapat berikatan dengan satu molekul asam lemak melalui eterifikasi. Pada sebagian besar triasilgliserol yang terdapat di alam, setiap gugus hidroksilnya berikatan dengan asam lemak yang berbeda, sangat jarang terdapat triasilgliserol yang mengandung asam lemak yang sama. Triasilgliserol dapat dihidrolisis pada ikatan esternya. Salah satu proses komersial penting, disebut saponifikasi, merupakan proses hidrolisis pada ikatan-ikatan ester dari triasilgliserol dengan katalis suatu basa alkali, misalnya NaOH, untuk menghasilkan gliserol dan sabun (Gambar 7.2 ). Proses hidrolisis dapat pula terjadi di bawah kondisi fisiologis dengan katalis enzim lipase.
75
Gambar7.2: Proses hidrolisis suatu triasilgliserol dengan katalis NaOH dan, katalis enzim lipase
Triasilgliserol umumnya terdapat dalam sitoplasma sel dalam bentuk butiran- butiran minyak, baik pada sel-sel tumbuhan maupun sel-sel hewan. Sel-sel adiposit pada hewan merupakan sel yang terspesialisasi untuk penyimpanan lemak.
Asam lemak, selain terdapat sebagai triasilgliserol juga terdapat sebagai derivat asam lemak. Salah satu derivat asam lemak adalah lipid non polar yang umum disebut lilin. Lilin berperan penting sebagai lapisan pelindung pada daun dan buah, memberi minyak pada kulit, dan menyebabkan air tidak dapat menempel pada bulu-bulu unggas air. Jenis lilin yang cukup terkenal dihasilkan oleh lebah, merupakan ester non polar dari asam palmitat dan alkohol triakotanol, yaitu komponen yang mengandung rantai karbon jenuh tidak bercabang dengan 30 atom C.
3). Lipid Polar
Lipid polar memiliki struktur yang mirip dengan triasilgliserol tetapi berbeda dalam fungsinya (Gambar 7.3). Lipid polar, bersama dengan protein, merupakan komponen penyusun membran sel. Dua kelompok lipid polar adalah gliserofosfolipid (fosfogliserida) dan sfingolipid.
76
Gambar7.3 Struktur dari lipid yang disimpan dalam bentuk lemak dan lipid pada membran.
A. Lipid yang disimpan tersusun dari triasilgliserol non polar, B. Lipid membran yang tersusun dari gliserofosfolipid dan sfingolipid, memiliki daerah polar dan non polar. Huruf X pada gambar sfingolipid menunjukkan variasi rantai samping yang berikatan
4). Gliserofosfolipid
Atom C no 3 pada gliserofosfolipid terikat gugus fosfat, yang membedakan antara gliserofosofolipid dengan triasilgliserol. Molekul dasar dari gliserofosofolipid adalah 1,2-diasilgliserol 3-fosfat yang memiliki nama umum asam fosfatidat. Asam lemak berikatan dengan molekul gliserol melalui ikatan ester seperti pada triasilgliserol. Pada gliserofosfolipid, alkohol yang terikat pada gugus fosfat dapat berupa alkohol amino etanolamina atau kolin, asam amino serin, atau komponen polihidroksil inositol.
Sfingolipid
Kelompok kedua dari lipid polar yang ditemukan pada membran adalah sfingolipid. Ada tiga kelompok utama sfingolipid, yaitu keramida, sfingomielin, dan
glikosfingomielin. Molekul dasar dari sfingolipid adalah 18 atom karbon alkohol amino sfingosin daripada molekul gliserol yang sederhana. Sfingosin mempunyai dua gugus fungsional, yaitu amino dan hidroksil, yang dapat mengalami modifikai kimiawi membentuk berbagai macam sfingolipid. Gugus amino yang terikat pada atom C ke 2 menyebabkan sfingosin dapat berikatan dengan asam lemak dengan ikatan amida. Molekul yang terbentuk disebut keramida, yang merupakan kelompok pertama dari sfingolipid. Keramida mempunyai kepala polar karena mengandung gugus hidroksil pada atom C ke 1 dari sfingosin dan dua ekor non polar. Kelompok kedua dari sfingolipid adalah sfingomielin, mengandung sebuah asam lemak yang terikat melalui ikatan amida pada gugus amino dari sfingosin dan mempunyai fosfokolin yang terikat pada gugus hidroksil dari atom C ke 1 dengan ikatan ester. Sfingomielin merupakan komponen yang terdapat pada sarung mielin sebagai pelindung bagi sel-sel saraf.
77
Kelompok sfingolipid ketiga adalah glikosfingolipid. Glikosfingolipid mengandung karbohidrat yang terikat pada gugus hidroksil dari atom C ke 1 melalui ikatan glikosida. Sebagai contoh adalah glukosilserebrosida yang mengikat monosakarida glukosa pada gugus hidroksil dari atom C ke 1 dari sfingomisin. Karbohidratyang terikatpada sfingosin adalah galaktosa dan N-asetilgalaktosamina. Serebrosida merupakan komponen membran utama pada otak dan jaringan saraf.
Gambar 7.4. (a) Asam fosfatidat sebagai molekul dasar dari gliserofosfolipid. Asam fosfatidat mengandung dua asam lemak yang berikatan pada atom C ke 1 dan 2 dan satu fosfat yang berikatan pada atom C ke 3 dari gliserol melalui ikatan ester. (b-e). Variasi alkohol yang terikat pada gugus fosfat dari gliserolipid
b). Kelompok Lipid yang Lain 1. Steroid
Steroid merupakan kelompok kecil lipid yang tersusun dari empat molekul berbentuk cincin yang saling bergabung. Tiga dari molekul cincin tersebut berbentuk piran dan satu molekul cincin berbentuk furan (Gambar 7.5). Keton, alkohol, ikatan rangkap, dan rantai hidrokarbon dapat terikat pada cincin-cincin tersebut sehingga terbentuk berbagaimacam tipe teroid. Salah satu steroid yang cukup dikenal luas adalah kolesterol. Kolesterol merupakan salah satu komponen penyusun membran sel terutama pada sel hewan (Gambar 7.6). Kolesterol merupakan molekul yang amfifilik karena memiliki gugus hidroksil yang bersifat polar, tetapi memberikan sifat yang lebih
78
kaku pada membran sel daripada lipid membran yang lainnya. Kolesterol merupakan molekul yang penting dalam menentukan sifat membran. Pada lipoprotein plasma darah, kolesterol merupakan molekul yang banyak dijumpai dan sekitar 70% berikatan dengan rantai asam lemak yang panjang melalui ikatan ester membentuk ester kolesteril.
Gambar 7.5. Struktur molekul dasar steroid. Siklopentanoperhidrifenantren merupakan induk dari komponen steroid, terdiri atas 4 cincin jenuh yang tergabung jadi satu
Gambar 7.6. Molekul kolesterol sebagai slah satu turunan steroid
Kolesterol dianggap sebagai prekusor dari metabolisme hormon steroid, yaitu suatu substansi yang mengatur berbagai macam fungsi fisiologis, seperti perkembangan seksual dan metabolisme karbohidrat. Pada tanaman, kandungan kolesterol hanya sedikit. Komponen steroid yang umum terdapat pada membran sel adalah stigmasterol dan -sitosterol. Komponen ini berbeda dengan kolesterol pada sisi rantai alifatiknya saja. Pada ragi dan jamur terdapat komponen steoid lain yang menyusun membran sel, yaitu ergosterol.
2).Terpen
Lipid dari kelompok terpen merupakan seluruh seluruh molekul yang dibiosintesis dari isopren (termasuk dalam definisi ini adalah kolesterol dan derivatnya). Beberapa terpen yang penting pada tanaman dan hewan antara lain limolen, - karoten, asam giberelat, squalen, dan likopen. Sebagian besar komponen terpen memberikan warna dan bau pada tumbuhan. Squalen merupakan komponen terpen
79
yang banyak diambil dari ikan hiu, umumnya digunakan sebagai bahan dasar kosmetik. Asam giberelat tergolong sebagai fitohormon yang mengatur banyak proses fisiologis pada tumbuhan, seperti perkecambahan dan pemecahan dormansi. - karoten merupakan pewarna kuning kemerahan pada tumbuhan, banyak dikandung oleh wortel dan buah-buahan yang matang.
3). Eikosanoid
Lipid yang tergolong eikosanoid memiliki ciri khas terlokalisir, aktivitas seperti hormon, dan dibutuhkan dalam konsentrasi yang sangat kecil. Bila hormon seperti adrenalin dan insulin diangkut ke sel target melalui darah dan mempengaruhi metabolisme sel dengan berikatan pada protein tertentu pada membran sel, maka kelompok eikosanoid mekerja kebalikannya. Eikosanoid berperan pada sel yang menghasilkannya. Beberapa aktivitas biologi yang berhubungan dengan eikosanoid antara lain: (1) terlibat dalam fungsi reproduksi, (2) pengaturan penggumpalan dan tekanan darah, (3) penurunan peradangan, demam, dan rasa sakit yang berhubungan dengan luka dan penyakit; (4) pengaturan suhu dan jam tidur pada hewan dan manusia. Ada tiga kelompok eikosanoid, yaitu prostaglandin, tromboksan, dan leukotrien. Seluruhnya merupakan derivat asam lemak tak jenuh yang kompleks, yaitu asam arakhidonat yang mengandung 20 atom C.
4). Vitamin yang Larut dalam Lipid
Vitamin yang larut dalam lipid digolongkan dlam kelompok terpen, karena berasal dari isopren, tetapi karena kepentingannya dalam kesehatan manusia, vitamin umumnya dikelompokkan secara terpisah. Beberapa vitamin yang penting dalam kesehatan manusia dan larut dalam lipid diantaranya adalah vitamin A,D, E, dan K.
5). Feromon
Beberapa organisme akan melepaskan suatu substansi kimia ke lingkungannya yang berhubungan dengan tingkah laku dari organisme lain dalam jenis yang sama. Sebagian besar tingkah laku yang dipengaruhi tersebut berhubungan dengan perilaku seksual, tetapi ada pula yang digunakan untuk penanda daerah kekuasaan dan adanya bahaya. Substansi kimia tersebut mirip dengan hormon dan disebut feromon. Seluruh organisme, termasuk manusia, diperkirakan menghasilkan feromon; tetapi yang paling banyak dipelajai adalah feromon pada serangga. Dua macam feromon yang telah dipelajari adalah (1) muscalur, merupakan rantai hidrokarbon yang panjang,
80
umumnya disekresikan oleh lalat rumah betina untuk menarik pasangan jantannya; (2) asam 9-ketodekanoat yang dihasilkan oleh ratu lebah madu untuk hal serupa, yaitu menarik lebah pejantan dalam masa kawin .
6). Akseptor elektron
Kelompok lipid yang terakhir berperan sebagai pembawa elektron dalam reaksi oksidasi reduksi pada metabolisme energi. Pada mitokondria sel-sel hewan, komponen utama rantai transport elektron adalah ubiquinon (koenzim Q). Pada kloroplas, ditemukan plastokuinon sebagai pembawa elekton untuk menghasilkan ATP dalam proses fotosintesis.
c). Pencernaan, Penyerapan, dan Pengangkutan Lipid
Pada hewan dan manusia, sumber energi utama adalah glukosa. Penyimpanan glukosa dalam jangka pendek adalah dalam bentuk glikogen. Glikogen umumnya dibentuk sekitar 12-15 jam setelah makan dan akan diubah menjadi energi bila manusia atau hewan melakukan aktivitas. Organisme akan menyimpan energi dalam waktu yang lama dalam bentuk lemak.
Molekul cadangan energi dalam lemak yang utama adalah asam lemak yang disimpan dalam sel dalam bentuk triasilgliserol . Asam lemak mengandung energi yang besar karena dapat menghasilkan energi yang jauh lebih besar daripada karbohidrat. Lemak akan melepaskan energi sekitar 38kJ/g sedangkan karbohidrat hanya sekitar 16 kJ/g. Manusia dengan berat 70 kg, memiliki bahan bakar lemak yang setara dengan 400.000 kJ dibandingkan energi total yang dihasilkan dari glikogen dan karbohidrat, yaitu sebesar 2700 kJ. Glukosa disimpan sebagai molekul glikogen yang hidrofilik (pada hewan) dan pati (pada tumbuhan). Setiap gram polisakarida dalam patiakan berasosiasi dengan 2g air, berarti hanya sepertiga dari seluruh karbohidrat yang dapat digunakan sebagai energi metabolisme. Triasilgliserol, merupakan molekul nonpolar yang tidak berasosiasi dengan air. Triasilgliserol disimpan dalam bentuk anhidrat pada jaringan adiposa. Lemak memiliki energi 6 kali lebih besar daripada karbohidrat dibawah kondisis fisiologis. Asam lemak akan didegradasi bila energi dalam jumlah yang besar diperlukan.
Energi yang tersimpan, dalam penggunaannya asam lemak harus dilepas dari triasilgliserol dan kemudian diangkut ke mitokondria jaringan-jaringan sekelilingnya untuk didegradasi (katabolisme). Degradasi asam lemak adalah melalui -oksidasi, yaitu empat tahap reaksi yang akan menghasilkan asetil Ko-A. Asetil Ko-A yang
81
dihasilkan akan mengalami metabolisme lebih lanjut secara aerobik dalam siklus asam trikarboksilat.
d). Proses Awal Pencernaan Lemak
Pada manusia dan hewan, ada tiga sumber asam lemak sebagai energi metabolisme, yaitu (1) triasilgliserol dalam makanan; (2) triasilgliserol yang disintesis dalam hati; dan (3) triasilgliserol yang disimpan dalam sel adiposa (sel lemak) sebagai butiran lipid. Beberapa tahap yang diperlukan sebelum triasilgliserol siap digunakan sebagai energi. Triasilgliserol yang terdapat dalam makanan akan diemulsi dalam usus dua belas jari sehingga terbentuk misel kemudian dipecah oleh enzim lipase menjadi gliserol dan asam lemak dalam usus halus. Asam lemak yang dihasilkan akan disintesis kembali membentuk triasilgliserol oleh mukosa usus. Triasilgliserol- triasilgliserol yang terbentuk akan masuk dalam pembuluh darah dalam bentuk silomikron (Gambar 7.7 ). Silomikron akan memasuki pembuluh darah untuk diangkut ke jaringan. Asam lemak akan dibebaskan oleh enzim lipoprotein lipase dalam pembuluh darah dan kemudian masuk ke sel otot atau sel adiposa. Dalam sel-sel otot, asam lemak akan dioksidasi sebagai bahan bakar dan pada jaringan adiposa akan disimpan dalam bentuk triasilgliserol. Proses pencernaan, pengangkutan, sampai penyimpanan triasilgliserol dari makanan ke dalam jaringan adiposa atau katabolisme pada jaringan otot dapat dilihat padaGambar 7.8.
Pelepasan asam lemak dalam jaringan adiposa diatur oleh hormon epinefrin dan glukagon. Kedua macam hormon tersebut akan dilepaskan ke pembuluh darah bila kadar glukosa dalam darah rendah. Molekul hormon akan berikatan dengan molekul reseptor pada membran sel-sel adiposa. Pengikatan hormon oleh molekul
reseptor akan mengaktifkan ‘second messenger’ pada sitoplasma, yaitu siklik AMP.
Siklik AMP berperan secara tidak langsung melalui suatu protein kinase akan mengaktifkan enzim triasilgliserol lipase. Enzim tersebut mengkatalisis reaksi hidrolisis triasilgliserol menjadi gliserol dan asam lemak. Asam-asam lemak dalam sel-sel adiposa, selanjutnya, bedifusi melalui membran sel ke dalam pembuluh darah, asam lemak akan berikatan dengan proein darah, yaitu serum albumin dan diangkut ke jaringan yang membutuhkan untuk metabolisme energi. Dalam jantung dan otot-otot rangka, asam lemak akan dilepaskan dari albomin dan berdifusi ke dalam sel (Gambar 7.9). Gliserol, monoasilglierol, dan diasilgliserol dari jaringan adiposa dapat digunakan untuk membentuk triasilgliserol dalam hati. Beberapa gliserol bebas yang terbentuk
82
dapat masuk ke aliran utama metabolisme melalui konversi dalam bentuk dihidroksiaseton fosfat (DHAP).
e). Asam Lemak dalam Sel-sel Otot
Asam lemak dalam pembuluh darah masuk ke dalam sitoplasma sel-sel otot melalui difusi. Asam lemak yang terdapat dalam sitoplasma harus diangkut ke dalam matriks mitokondria agar proses degradasi oksidasi (-oksidasi yang dilanjutkan dengan siklus asam trikarboksilat) dapat terjadi. Untuk dapat masuk ke mitokondria, asam lemak dalam sitoplasma harus diaktifkan dahulu. Asam lemak akan diaktifkan dengan bantuan ATP dan KoASH. Asam lemak akan berikatan dengan KoASH melalui ikatan ester membentuk molekul lemak asil-KoA (Gambar 7.10). Bentukan asil-KoA tersebut akan menembus membran luar mitokondria dengan cara difusi.
Rantai asam lemak yang panjang menyebabkan asam lemak tidak dapat begitu saja masuk ke dalam matriks mitokondria walaupun dalam bentuk asil-KoA. Perlu adanya pengangkutan khusus sehingga bentukan asil-KoA dalam ruang antar membran mitokondria dapat menembus membran dalam mitokondria dan masuk ke
dalam matriks mitokondria. Pengangkutan khusus tersebut dinamakan ‘karnitin shuttle’.
Asil-KoA akan berikatan dengan karnitin membentuk asil karnitin dan dengan bantuan enzim karnitin asil transferase I, asil karnitin dapat menembus membran mitokondria dan masuk ke dalam matriks mitokondria (Gambar 7.11). Gugus asil akan dilepaskan dalam matriks mitokondria dan karnitin akan dikembalikan ke ruang antar membran dengan bantuan enzim translokase. Gugus asil akan kembali berikatan dengan KoASH sehingga terbentuk molekul asil-KoA.
83
Gambar7.8 Pencernaan, pergerakan, dan pengangkutan triasilgliserol dari makanan.
84
Gambar 7.10 Pengaktifan asam lemak membentuk asil-KoA dengan bantuan ATP.
Gambar 7.11. Jalur karnitin shuttle. (a) Asil-KoA akan diikat oleh molekul karnitin dengan melepaskan gugus KoA dan membentuk asil karnitin. Dengan bantuan enzim karnitin asil tranferase I, asil karnitin akan melalui membran dalam dan masuk ke dalam matriks mitokondria. Dalam matriks mitokondria, gugus asil akan kembali berikatan dengan KoASH dalam suatu reaksi yang dikatalisasi oleh enzim karnitin asil transferase II. (b) Struktur molekul karnitin dan asil karnitin.
85
e). -Oksidasi
Molekul asil-KoA dalam matriks mitokondria siap mengalami degradasi bertahap dalam bentuk -oksidasi. Setiap tahap -oksidasi merupakan rangkaian dari 4 reaksi dan masing-masing reaksi melibatkan 4 enzim yang berbeda. Setiap satu tahap β oksidasi melepaskan 1 molekul asetil-KoA dan 1 molekul asam lemak baru yang rantainya lebih pendek 2 atom C. Molekul asetil-KoA selanjut akan masuk ke dalam siklus asam trikarboksilat. Asam lemak yang terbentuk akan didegradasi kembali dengan reaksi yang sama untuk menghasilkan molekul asetil-KoA dan asam lemak lagi, begitu seterusnya sampai seluruh molekul asam lemak terdegradasi menjadi asetil-KoA. Jumlah tahap degradasi atau -oksidasi untuk masing-masing asam lemak tidak sama, tergantung pada panjangnya rantai asam lemak. Jalur -oksidasi dapat dilihat pada Gambar 7.12.
-oksidasi melibatkan senyawa kofaktor pereduksi, yaitu NADH dan FADH2.
Senyawa tersebut akan masuk ke dalam rantai pengangkutan elektron pada membran dalam mitokondria dan akan menghasilkan ATP melalui fosforilasi oksidasi. -oksidasi dari suatu asam lemak jenuh dengan 16 atom C (asam palmitat) akan mengalami 7 kali degradasi (-oksidasi) danmenghasilkan 8 asetil-KoA. Jumlah energi yang dihasilkan dari 1 molekul asam lemak jauh lebih besar jika dibandingkan dengan energi yang dihasilkan dari 1 molekul glukosa (Tabel 7..1. dan Gambar 7.12).
Tabel 7.1. Energi yang dihasilkan asam palmitat dari keseluruhan oksidasi
Tahap Metabolisme NADH FADH2 Fosforilasi tingkat Substrat
Aktivasi KoA 0 0 -2
-oksidasi (7 tahap degradasi) 7 7 0
Siklus Asam Trikarboksilat (8 siklus) 24 8 8
Sub total 31 15 6
Foforilasi oksidatif
31 NADH x 3 ATP = 93 ATP
15 FADH2 x 2 ATP = 30 ATP
Fosforilasi tingkat sustrat = 6 ATP
Total 129 ATP
Tabel 7.1. menunjukkan bahwa jika asam palmitat dikatabolisme melalui - oksidasi dan siklus asam trikarboksilat akan menghasilkan 31 NADH, 15 FADH2, dan 6
ATP tingkat substrat. Seluruh NADH dari oksidasi asam lemak dihasilkan di
mitokondria, sehingga tidak diperlukan adanya sistem ‘shuttle’ elektron seperti pada
NADH sioplasmik (dalam proses glikolisis). Keseluruhan rangkaian oksidasi asam palmitat untuk membentuk CO2 dan H2O menghasilkan 129 ATP. Jumlah ini jauh lebih
86
besar bila dibandingkan dengan ATP yang dihasilkan dari katabolisme 1 molekul