____ paaa jalur ini belum pernah dilaporkan pada manusia. Namun, inhibisi lipogenesis terjadi pada diabetes melitus tipe 1 (dependen-insulin), dan variasi dalam aktivitas jalur ini memengaruhi jenis dan derajat obesitas.
Asam lemak tak-jenuh dalam fosfolipid membran sel penting untuk mempertahankan fuiditas membran. Rasio asam lemak tak-jenuh ganda terhadap asam lemak jenuh (rasio P:S) yang tinggi dalam diet dianggap bermanfaat untuk meneegah penyakit jantung koroner. Jaringan hewan memiliki kapasitas yang terbatas untuk mendesaturasi asam lemak, dan memerlukan asam lemak TAK-JENUH tertentu dalam makanan yang berasal dari tumbuhan. Asam lemak esensial ini digunakan untuk membentuk asam lemak eikosanoik (C1()) yang menghasilkan eikosanoid prostaglan in, tromboksan, leukotrien, dan lipoksin. Prostag an in memerantarai peradangan, nyeri, dan memicu tidur seita juga mengatur koagulasi darah dan reproduksi. at anti-infamasi nonsteroid, seperti aspirin bekeija dengan menghambat sintesis prostaglandin. Leukotrien eree< menimbulkan kontraksi otot dan bersifat kemotakti seita penting dalam reaksi alergi dan peradangan.
JALUR UTAMA UNTUK SINTESIS
DE NOVO ASAM LEMAK (LIPOGENESIS) BERLANGSUNG DI SITOSOL
Sistem ini terdaoar ^: 1
• — * 1
MoiUNG DO SDTOSOL Sistem ini terdan
A-ginjal, otak, paril £ , ■ ^ i arin 8 ’ "icliputi had,an
V u, iceienjar mamaria, dan jaringan adiposa.
1 " ^sCtil-K°A clan HCO, (sebagai sumber ^V’bcba* adalah
adalah substrat langsungnya, elan pa inita produk akhirnya.
, i h TcjH^P
Pembentukan Malonil-KoA Ada a at
ty
Awal & Pengendali dalam Smtesi
Lemak . •
. jlain reaksi Bikarbonat sebagai sumber CO, d i p c r l u . njl,K°A awal untuk karboksilasi asetil-KoA u 1
dengan keberadaan Al P dan asett o ^JN biotin Asetil-KoA karboksilase memerlukan v. ^ niulti-(Gambar 23-1). Enzim ini adalah suatu p dengan enzim yang mengandung subunit-su mini 1 biotin, jumlah bcrvariasi, masing-masing " ? ,cn ;ll “ ,,-boks'1 ’ dan
biotin karboksilase, protein pembawa liotin i.lt0rik- ^ea ^ Sl
transkarboksilase, serta tempat alosteri k ' ,1^'ilasi biotin ini berlangsung dalam dua tahap. (1 "' l icirboksil ke yang melibatkan ATP dan (2) pemindahan
asetil-KoA untuk membentuk maloni °
Kompleks Asam Lemak ^*D°^aSe
[JjinnrTiGl TLijuh
Suatu Polipeptida yang Menga Aktivitas Enzim
pada Pada bakteri dan tumbuhan, rnas ‘ n ^” maSin ^iU^an radikal
sistem ASAMLEMAKSINTASEterpisah, dan lten ^r0tejn yang
asil dalam bentuk kombinasi dengan saiatu PROTEIN, disebut protein pengangkut asil (^O7 CA ^ _ sistem ACP). Namun, pada ragi, mamalia, c an u jtjenzim sintase adalah suatu kompleks po 'Pe P . n Deran KoA. yang memasukkan ACP, dan mengam ■>! tQtenat dalam
Kompleks ini mengandung vitamin asam p satu
bentuk 4’-fosfopantetein (Gam ar i IinPeulan berupa
unit fungsional multienzim mcm.l.k, keunggu. ,
204
BAB 23: BIOSINTESIS ASAM LEMAK & EIKOSANOID / 205
CH —CO r\js — KoA- Asolil-KoA
• “DOC—CH —CQrs^S — KoA Malonil-KoA
Enz —biotin —COO” Enz —biolin
ADP » P ATP + HCO^
C a m b a r 2 3 - 1 . Biosintesis malonil-KoA. (Enz, asetil-KoA karboksilase.)
sCr ||51 P ep hi membentuk sawar permeabilitas, dan sintesis ... Ua enzim di kompleks tersebut terkoordinasi karena °de oleh satu gen.
sii ^ * aC a mama *ia> kompleks asam lemak sintase adalah nias'11
^'
nKr yang tcrt * iri t * ari dua monomer idcntik, masing- si n 8 mengandung ketujuh aktivitas enzim asam lemak avv-- Pada satu rantai polipeptida (Gambar 23-2). Pada a n ya, suatu molekul /TRI/NING
aset i I - KoA berikatan dengan fal, s SH sistein yang dikatalisis oleh asetil transasilase
har 23-3, reaksi la). Malonil-KoA berikatan dengan arn
di dekatnya pada 4’-fosfopantetein ACP di monomer
yang lain yang dikatalisis oleh malonil transasilase
(reaksi lb), untuk membentuk asetil (asil)-malonil enzim. Gugus asetil menyerang gugus metilen di residu malonil yang dikatalisis oleh 3-ketoasil sintase dan membebaskan CO,, membentuk 3-ketoasil enzim (asetoasetil enzim) (reaksi 2), membebaskan gugus —SH sistein. Dekarboksilasi memungkinkan reaksi tersebut berlangsung tuntas, dan menarik sekuens reaksi keseluruhan ke arah selanjutnya. Gugus 3-ketoasil akan tereduksi, terdehidrasi, dan kembali tereduksi (reaksi 3, 4, 5) untuk membentuk enzim asil-S jenuh. Molekul malonil-KoA baru berikatan dengan —SH
Gamw 23-2. Kompleks multienzim asam lemak sintase. Kompleks ini a d a j a d t a * dag," dua monomer polipeptida 2 , masino-masino terdiri dari tujuh aktivitas enzim dan protein pembawa asil ACP) (Cys-SH, sistein tiol). Gugus SH . irltkan susurnn satu monomerSak berdekatan dengan gugus -SH pada residu sistem ketoas.l smtase monomer lain, yang meng«y»ratkansusunan "kepala-ke-ekor" kedua monomer tersebut. Meskipun masing-masing
monomer mengandung semua aktivitas pars. ementer .yano
namun unit funRSional sebenarnya terdiri dari separuh dari satu monomer yang berinteraksi dengan separuh niono,ner kompleme, ter .yang •ain. Jadi, dua "antai asil dihasilkan secara bersamaan. Sekuens enzim d. mas.ng-mas.ng monomer didasarkan pada Wakil.
BAB 23: BIOSINTESIS ASAM LEMAK & EIKOSANOID / 207
pada 4Tosfopantctc,in, menggeser residu asil jcnuh ke gugus —SH sistein bcbas. Rangkaian reaksi diulang enam kali lagi sampai terbentuk radikal asil 16-karbon (palmitil) yang jenuh.
Senyawa ini dibebaskan dari kompleks enzim oleh aktivitas enzim kctujuh di kompleks, yaitu tioesttrase (deasilase). Palmitat bebas harus diaktifkan menjadi asil- KoA sebelum dapat diproses lebih lanjut melalui jalur metabolik Iain. Biasanya palmitat ini mengalami esterifikasi menjadi asilgliserol, pemanjangan rantai atau desaturasi,atau esterifikasi menjadi ester kolesteril. Di kelenjar mamaria, terdapat tioesterase tersendiri yang spesifik untuk residu asil pada C8, C,(), atau CI2, yang kemudian ditemukan dalam lipid susu.
Persamaan untuk sintesis keseluruhan palmitat dari asetil-KoA dan malonil-KoA adalah
CH3CO S KoA + 7HOOC CH CO S KoA + 14NADPH + 14Hf
-> CK(0-guC00H + 7CO, + 6H,0 + 8K0ASH + 14NADP* ‘ Asetil-KoA yang digunakan sebagai primer membentuk atom karbon 15 dan 16 pada palmitat. Penambahan seluruh unit C2 selanjutnya adalah melalui malonil-KoA. Propionil- KoA bekerja sebagai primer untuk sintesis asam lemak rantai- panjang dengan jumlah atom karbon ganjil yang ditemukan terutama di susu dan lemak hewan pemamah biak.
Sumber Utama NADPH untuk
Lipogenesis adalah Jalur Pentosa
Fosfat
^ADPH berperan sebagai donor ekuivalen pereduksi pada eduksi 3-ketoasil dan turunan 2-3-asil tak-jenuh (Gambar 13-3, reaksi 3 dan 5). Reaksi oksidatif jalur pentosa fcsfat lihat Bab 21) adalah sumber utama hidrogen yangdiperlukan ntuk sintesis reduktif asam-asam lemak. Secara bermakna, xingan yang mengkhususkan diri dalam lipogenesis aktif
hati, jaringan adiposa, dan kelenjar mamaria dalam :adaan menyusui—juga memiliki jalur pentosa fosfat aktif. fain itu, kedua jalur metabolik ditemukan di sitosol sel hingga tidak ada membran atau sawar permeabilitas yang snghalangi pemindahan NADPH. Sumber lain NADPH alah reaksi yang mengubah malat menjadi piruvat yang catalisis oleh “enzim malat” (NADP malat dehidrogenase) ambar 23-4) dan reaksi isositrat dehidrogenase yang iadi di luar mitokondria (mungkin bukan sumber yang >stansial, kecuali pada pemamah biak).
etil-KoA Adalah Bahan Baku
Utama am Lemak
:il-KoA dibentuk dari glukosa melalui oksidasi piruvat di m mitokondria. Namun, zat ini tidak mudah berdifusi
keluar mitokondria (sitosol), yaitu tempat utama terjadinya sintesis asam lemak. Sitrat yang dibentuk setelah kondensasi asetil-KoA dengan oksaloasetat di siklus asam sitrat di dalam mitokondria, dipindahkan ke dalam kompartemen ekstramitokondria melalui pengangkut trikarboksilat. Dengan keberadaan KoA dan ATP zat ini kemudian mengalami penguraian menjadi asetil-KoA dan oksaloasetat yang dikatalisis oleh ATP-sitrat liase yang aktivitasnya meningkat dalam keadaan kenyang. Asetil-KoA kemudian
tersedia untuk .membentuk malonil-KoA dan sintesis
palmitat (Gambar 23-4). Oksaloasetat yang terbentuk dapat membentuk malat melalui malat dehidrogenase terkait-NADH, diikuti oleh pembentukan NADPH melalui enzim malat. NADPH kemudian dapat digunakan untuk lipogenesis, dan piruvat dapat digunakan untuk membentuk kembali asetil-KoA setelah diangkut ke dalam mitokondria. Jalur ini adalah cara untuk memindahkan ekuivalen pereduksi
dari NADH ekstramitokondria ke NADP. Cara lain adalah malat itu sendiri dapat diangkut ke dalam mitokondria untuk kembali membentuk oksaloasetat. Perhatikan bahwa pengangkut sitrat (trikarboksilat) di membran mitokondria memerlukan malat untuk melakukan pertukaran dengan sitrat (lihat Gambar 13-10). Pada hewan pemamah biak hanya terdapat sedikit ATP-sitrat liase atau enzim malat, mungkin karena pada spesies-spesies ini, asetat (berasal dari perut pertama hewan pemamah biak [rumen] dan diaktifkan
menjadi asetil-KoA di luar mitokondria) adajah sumber
utama asetil-KoA.
Pemanjangan Rantai Asam Lemak Terjadi di Retikulum Endoplasma
Jalur ini (“sistem mikrosom”) memperpanjang asil-KoA jenuh dan tak-jenuh (dari CJ0ke atas) oleh dua karbon dengan menggunakan malonil-KoA sebagai donor asetil dan NADPH sebagai reduktan, dan dikatalisis oleh sistem enzim fatty acid elongase di mikrosom (Gambar 23-5). Pemanjangan stearil-KoA di otak meningkat dengan cepat sewaktu mielinisasi untuk menghasilkan asam lemak C dan C24untuk sfingolipid.
STATUS NUTRISI
MENGATUR
LIPOGENESISPada banyak hewan, kelebihan karbohidrat disimpan dalam bentuk lemak sebagai antisipasi dalam menghadapi masa-masa defisiensi kalori, misalnya kelaparan, hibernasi, dsb. Simpanan ini juga yang menghasilkan energi untuk digunakan di antara waktu makan pada hewan, termasuk manusia yang makan dengan interval tertentu. Lipogenesis mengubah kelebihan glukosa dan zat-zat antara, misalnya piruvat, laktat, dan asetil-KoA menjadi lemak yang
208/ BAGIAN II: BIOENERGETIKA & METABOLISME KARBOHIDRAT & LIPID
Glukosa
Gambar 23-4. Penyediaan asetil-KoAdan NADPH untuk lipogenesis. (PPP, jalur pentosa fosfat; T, pengangkut trikarboksil K, pengangkut a-ketoglutarat; P, pengangkut piruvat.)
membantu fase anabolik siklus makan tersebut. Status nutrisi organisme merupakan faktor utama yang mengatur laju lipogenesis. Oleh sebab itu, laju ini tinggi pada hewan yang mendapat makanan cukup dan mengandung proporsi karbohidrat yang tinggi. Lipogenesis berkurang pada asupan kalori yang terbatas, diet tinggi-lemak, atau defisiensi insulin seperti pada diabetes melitus. Keadaan yang terakhir ini menyebabkan peningkatan kadar asam lemak bebas plasma, dan telah dibuktikan adanya hubungan terbalik antara lipogenesis di hati dan kadar asam lemak bebas serum. Lipogenesis meningkat jika makanan yang masuk berupa sukrosa dan bukan glukosa karena fruktosa memintas titik kontrol fosfofruktokinase pada glikolisis dan memenuhi jalur lipogenik (Gambar 21-5).
LIPOGENESIS DIATUR OLEH MEKAN JANGKA PENDEK DAN JANGKA PANJANG
Sintesis asam lemak rantai-panjang dikontrol ^rta
pendek oleh modifikasi alosterik dan kovalen e,r/ ^^ ^ dalam jangka-panjangoleh perubahan ekspiesi gen
mengatur laju sintesis enzim.
Asetil-KoA Karboksilase Adalah Enzim Terpenting pada Pengaturan Lipogene
Asetil-KoA karboksilase adalah suatu enzim alosce^ diaktifkan oleh sitrat yang konsentrasinya meninj-,
BAB 23: BIOSINTESIS ASAM LEMAK & EIKOSANOID / 209
O O II II R-°CH —°C r\s S — KoA + *CH -C^ S - KoA I ‘ COOH Asil-KoA 3-KETOASIL-KoA SINTASE Malonil-KoA KoA - SH ♦ CO O O II II R —°CH —°C -CH. - C S - KoA 3-Ketoasil-KoA 3-KETOASIL-KoA REDUKTASE r
k
NADPH + H‘ NADP’ OH O I II R —°CH_ —°CH — CH, -CO-S- KoA 3-Hidroksiasil-KoA 3-HIDROKSIASIL-KoA DEHIDRASE H.O R —°CH — CH = CH —*C tR\J
S — KoA 2-frans-Enoil-KoA NADPH + H' 2-frans-ENOIL-KoA REDUKTASE NADP' Oini tidak cukup cepat diesterifikasi atau karena peningkatan lipolisis atau infiuks asam lemak bebas ke dalam jaringan, zat ini akan secara otomatis mcngurangi sintesis asam lemak baru. Asil-KoA juga menghambat pengangkut trikaboksilat mitokondria sehingga meneegah pengaktifan enzim oleh perpindahan sitrat dari mitokondria ke dalam sitosol.
Asetil-KoA karboksilase juga diatur oleh hormon, seperti
GLUKAGON, EPINEFRIN, dan INSULIN melalui perubahan pada status fosforilasi nya (rincian di Gambar 23-6).
Piruvat Dehidrogenase Juga Diatur oleh Asil-KoA
Asil-KoA menyebabkan inhibisi piruvat dehidrogenase dengan menghambat pengangkut pertukaran ATP-ADP di membran dalam mitokondria. Hal ini menyebabkan
R —°CH -°CH,-CH,-C'VS-KoA Asil-KoA
G a m b a r 2 3 - 5 . Sistem elongase mikrosom untuk memperpanjang rantai asam lemak. NADH juga digunakan oleh reduktase, tetapi NADPH lebih disukai.
keadaan kenyang dan merupakan indikator banyaknya pasokan asetil-KoA. Sitrat mengubah enzim dari bentuk dimer tidak-aktif menjadi bentuk polimer aktif dengan massa molekular beberapa juta. Inaktivasi terjadi melalui fosforilasi enzim dan melalui molekul asil-KoA rantai-panjang, yakni suatu contoh inhibisi umpan-balik negatif oleh produk reaksi. oleh karena itu, jika asil-KoA menumpuk karena zat
G a m b a r 2 3 - 6 . Regulasi asetil-KoA karboksilase melalui fosforilasi/ defosforilasi. Enzim diinaktifkan melalui fosforilasi oleh protein kinase yang diaktifkan oleh AMP (AMPK), yang selanjutnya mengalami fosforilasi dan diaktifkan oleh kinase protein kinase kinase yang diaktifkan oleh AMP (AMPKK). Glukagon (dan epinefrin) meningkatkan cAMP sehingga mengaktifkan enzim AMPKK melalui protein kinase dependen-cAMP. Kinase enzim kinase juga diduga diaktifkan oleh asil-KoA. Insulin mengaktifkan asetil-KoA karboksilase, mungkin melalui suatu protein "aktivator' dan protein kinase terstimulasi-insulin.
BAB 23: BIOSINTESIS ASAM LEMAK & EIKOSANOID / 211 Sloaroil— KoA A0 DESATURASE r Cyt b. O + NADH +H’ NAD’ + 2H,0 Oleoil — KoA
Gambar 23-8' A'' Desaturase* mikrosom.
ke dalam sua^u asam lemak jcnuh hampir selalu terletak Ji
• • a9 Suatu slstem enzim—A9 desaturase (Gambar
23-gv j. reCikulLim endoplasma akan mengatalisis perubahan i . i^KoA atau stcaroil-KoA masing-masing menjadi rVoil-KoA atau
olcoil-KoA. Reaksi ini memerlukan dan NADH atau NADPH. Enzim-enzim ini l^e, a rninp dengan sistem mono-oksigenase y-ang SSSn«^-"^(Bab.2).