Metabolisme Lipid
Sintesis lipid adalah bagian penting dari metabolisme sel, karena lipid merupakan komponen penting dari membran sel . Yang paling penting dari metabolisme lipid ini adalah sintesis asam lemak, karena asam lemak diperlukan dalam trigliserida . Jalur biosintesis lainnya yang penting adalah sintesis kolesterol, sintesis eicosanoid , dan sintesis sphingolipids . (Horton,2006:479)
A.Sintesis Asam Lemak
Pada vertebrata , biosintesis asam lemak dikatalisis oleh asam lemak sintase , sebuah multifungsi enzim . Terletak di sitoplasma , enzim memerlukan asetil KoA sebagai pengantar molekul . Dalam reaksi siklik , residu asetil memanjang dengan satu unit C2 pada satu waktu untuk tujuh siklus . NADPH + H+ digunakan sebagai agen pereduksi dalam proses ini. (Koolman,2005:168)
Asam lemak disintesis dengan penambahan dua unit karbon ke ujung rantai hidrokarbon .
Sintesi asam lemak terdiri dari 2 tahap : *Tahap Awal
**Tahap Pemanjangan
Tahap kedua yaitu tahap pemanjangan, produk dari kondensasi awal dimodifikasi oleh dua reaksi reduksi dan satu reaksi dehidrasi untuk menghasilkan asil ACP. Asil ACP berfungsi sebagai substrat untuk reaksi kondensasi tambahan yang menggunakan malonil ACP sebagai donor 2-carbon. (Horton,2006:480)
1.Sintesis Malonil ACP dan Asetil ACP
Malonil ACP merupakan substrat utama untuk biosintesis asam lemak . Sintesis malonil ACP dilakukan dalam dua angkah , yang pertama adalah karboksilasi asetil KoA dalam sitosol untuk membentuk malonil KoA. ( Horton,2006:480)
Langkah kedua dalam sintesis malonil ACP adalah pengangkutan separuh malonil dari koenzim A ke ACP. Reaksi ini dikatalisis oleh malonil KoA : ACP transakilase. Enzim serupa disebut asetil KoA : ACP transakilase mengubah asetil KoA menjadi asetil ACP. ( Horton,2006:481)
2.Reaksi Awal Sintesis Asam Lemak
Sintesis asam lemak dimulai dengan pembentukan unit 4-karbon yang melekat pada ACP. Molekul ini disebut aseoasetil ACP yang terbentuk oleh kondensasi dari substrat 2-karbon (asetil KoA atau asetil ATP) dan 3 karbon substrat (malonil ACP) dengan menghilangkan CO2 . Reaksi ini dikatalisis oleh 3 - ketoasil ACP synthase ( KAS ) .
Dalam reaksi ini , unit 2-karbon dari asetil KoA ditransfer ke enzim di mana ia berikatan kovalen dengan thioester. Enzim kemudian mengkatalisis pengangkutan unit 2 - karbon ke ujung malonil ACP membentuk 4 - karbon intermediate dan melepaskan CO2.. Versi eukariotik dari sintesis 3 - ketoasil ACP mengangkut reaksi yang sama kecuali bahwa mereka menggunakan asetil ACP sebagai substrat awal bukan asetil CoA . (horton,2006:481-482)
3. Reaksi Pemanjangan Sintesi Asam Lemak
Asetoasetil ACP mengandung bagian terkecil 3-ketoasetil. Nama ‘3-keto’ ini mengacu pada adanya gugus keto pada posisi C ke 3, atau bisa kita sebut juga atom c ini adalah β-karbon dan produknya disebut bagian β -ketoasil. Enzim kondensasi juga disebut dengan β-ketoasil ACP sintase. ( Horton,2006:482)
Dalam pengurangan pertama keton diubah menjadi alkohol . Langkah kedua adalah penghilangan air oleh dehydratase menghasilkan ikatan rangkap . Akhirnya reduksi kedua menambahkan hidrogen untuk menciptakan gugus asil yang tereduksi . Produk akhir dari langkah reduksi, dehidrasi dan reduksi ini adalah asil ACP yang memiliki 2 karbon lebih panjang. ( Horton,2006:482)
Reaksi spesifik dari siklus pemanjangan ditunjukkan pada gambar dibawah :
4.Aktivasi Asam Lemak
Pirofosfat yang dilepaskan pada reaksi ini dihidrolisis menjadi dua molekul fosfat oleh pyrophosphatase .Akibatnya, dua ikatan phosphoanhydride atau setara dengan dua ATP dibutuhkan untuk membentuk thioesters CoA dari asam lemak .Umumnya bakteri memiliki asil -KoA sintetase tunggal tetapi pada mamalia setidaknya ada empat asil - KoA sintetase isoform yang berbeda . Setiap enzim yang berbeda mempunyai spesifik panjang asam lemak rantai tertentu : pendek (<C6) menengah ( C6-C12 ) , panjang (>C12) atau sangat panjang (>C16) Mekanisme reaksi aktivasi sama dengan mekanisme yang digunakan untuk sintesis asetil KoA dari asetat dan KoA ( Horton,2006:483-484)
5.Perluasan dan Penjenuhan Asam Lemak
Jalur sintesis asam lemak tidak dapat membuat asam lemak yang lebih panjang dari 16 atau 18 karbon. Asam lemak yang lebih panjang dibuat dengan memperpanjang palmitoil KoA atau stearoil KoA. Enzim yang mengkatalisis ekstensi tersebut dikenal sebagai elongases dan mereka menggunakan malonil KoA ( tidak malonil ACP ) sebagai sumber dari 2 - karbon pemanjang . ( Horton,2006:484)
Asam lemak tak jenuh disintesis di bakteri dan eukariota tetapi jalurnya sangat berbeda . Pada tipe II sistem sintesis asam lemak (bakteri) ikatan rangkap ditambahkan ke rantai ketika panjangnya mencapai 10 atom karbon. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim khusus ( Horton,2006:484)
kelangsungan hidup karena mereka merupakan prekursor untuk sintesis eicosanoid penting seperti prostaglandin . ( Horton,2006:484)
Mamalia dapat mengubah linoleat ke arachidonoyl KoA ( 20:4) dengan serangkaian reaksi desaturasi dan elongasi seperti berikut :
Arakidonat berasal dari fosfolipid adalah prekursor eikosanoid. ( Horton,2006:484)
D.Oksidasi Asam Lemak
Asam lemak dioksidasi oleh sebuah jalur yang mendegradasi dua ataom karbon nya dalam satu waktu. Fragmen dua karbon ini akan ditransfer ke koenzim A membentuk asetil KoA , dan sisa asam lemak kembali memasuki jalur oksidatif . Proses degradatif ini disebut juga jalur β-oksidasi karna β-karbon atom (C-3) asam lemak dioksidasi.( Horton,2006:498)
Asetil KoA dapat sepenuhnya dioksidasi oleh siklus asam sitrat untuk menghasilkan energi ( dalam bentuk ATP ) yang dapat digunakan dalam jalur biokimia lainnya . Atom karbon dari asam lemak juga dapat digunakan sebagai substrat untuk sintesis asam amino sejak beberapa perantara dalam siklus asam sitrat dialihkan ke jalur biosintesis asam amino. ( Horton,2006:498)
Oksidasi asam lemak terjadi sebagai bagian dari omset normal membran lipid . Dengan demikian , bakteri , protista , jamur , tumbuhan , dan hewan semua memiliki jalur β-oksidasi. Selain perannya dalam metabolisme
sel , oksidasi asam lemak merupakan bagian penting dari metabolisme bahan bakar pada hewan .( Horton,2006:498)
Aktivasi asam lemak untuk oksidasi dikatalisis oleh asil - KoA sintetase Ini adalah langkah aktivasi yang sama yang diperlukan untuk sintesis asam lemak tak jenuh ganda dan lipid kompleks .( Horton,2006:499)
1.Reaksi β-oksidasi
Kebanyakan asam lemak didegradasi oleh penghapusan fragment dua karbon secara berurutan. Prose ini disebut beta-oksidasi , asetil KoA dibentuk sebagai ikatan antara α dan β atom karbon yang rusak. (dinamakan β-oksidasi karen β karbon asam lemak, yang dua atom karbon nya dihapus dari gugus karboksil, teroksidasi) (Mc Kee,2003:378)
( Horton,2006:499)
1.Oksidasi
FADH2 kemudian mendonorkan 2 elektron ke rantai transport elektron (ETC ) mitokondria. (Mc Kee,2003:380-381)
2.Hidrasi
Reaksi ini dikatalisasi oleh eoil KoA hidrase, melibatkan sebuah hidrasi dari ikatan rangkap antara α dan β karbon.
(Mc Kee,2003:380-381)
3.Oksidasi lebih lanjut
Selanjutnya gugus hidroksil dioksidasi. Produk dari β-ketoasetil KoA dikatalisis olehβ-hidroksiasil-KoA dehidrogenase.
(Mc Kee,2003:381)
4.Thiolisis
Thiolase (βketoasil-KoA thiolase) mengkatalisis pembelahan Cα dan Cβ .Pada reaksi ini sebuah molekul asetil KoA dilepaskan. Produk lainnya yaitu sebuah asil-KoA yang mengandung lebih sedikit 2 atom C.
(Mc Kee,2003:381)
Sintesis asam lemak melibatkan pembentukan ikatan karbon-karbon ( kondensasi ) diikuti dengan langkah reduksi , dehidrasi , dan pengurangan dalam persiapan untuk reaksi kondensasi selanjutnya . Sebaliknya, reaksi oksidasi , hidrasi , oksidasi , dan ikatan karbon karbon pembelahan -merupakan bagian dari jalur degradasi β-oksidasi.( Horton,2006:500-501)
Pebandingan kedua jalur tersebut adalah :
3.Transpor Fatty Asil KoA ke Mitokondria
Asam lemak diaktifkan ke bentuk asil-KoA oleh asil-Koa sintetase, sebuah enzim di luar membran mitokondria. Asil-KoA kemudian bereaksi dengan karnitin untuk membentuk turunan asilkarnitin. Karnitin asil transferase I mengkatalisis reaksi ini. Setelah asilkarnitin diangkut melewati membran dalam oleh pembawa protein, sesudah itu diubah kembali ke karnitin dan asil-KoA oleh karnitin aciltransferase II. (Mc Kee,2003:379)
4.Generasi ATP Oksidasi Asam Lemak
Kita bisa menghitung hasil teoritis dari 9 molekul asetil CoA dengan mengasumsikan bahwa mereka memasuki siklus asam sitrat di mana mereka benar-benar teroksidasi menjadi CO2 .Reaksi ini menghasilkan 10 ATP untuk setiap molekul asetil KoA .Hasil bersih dari oksidasi stearat adalah 120 molekul ATP . ( Horton,2006:502)
Sebagai perbandingan , oksidasi glukosa ke CO2 dan air menghasilkan 32 molekul ATP . Stearat memiliki 18 karbon dan glukosa hanya memiliki6 karbon , kita menormalkan hasil ATP dari glukosa dengan membandingkan oksidasi dari tiga molekul glukosa : 3x32=96 . Hasil teoritis ATP hanyalah 80 % ( 96/120 ) dari nilai untuk stearat . Asam lemak memberikan lebih banyak energi per atom karbon dari karbohidrat karena karbohidrat sudah sebagian teroksidasi . Selanjutnya, karena gugus asam lemak yang hidrofobik , mereka dapat disimpan dalam jumlah besar sebagai trigliserida tanpa sejumlah besar ikatan air , seperti yang ditemukan pada karbohidrat . Penyimpanan anhidrat memungkinkan lebih banyak energi yang disimpan per gram . ( Horton,2006:503)
5.Oksidasi Rantai Ganjil dan Asam Lemak Tak Jenuh
1.Oksidasi Asam Lemak Rantai Ganjil
molekul asetil-KoA an satu molekul propionil-KoA. Propionol-Ko kemudian diubah menjadi succinil-KoA, sebuah siklus intermediet asam sitrat. (trudee 384)
Binatang pemamah biak seperti lembu dan domba memperoleh sejumlah besar energi dari oksidasi asam lemak rantai ganjil. Molekul ini diproduksi oleh mikroorganosme didalam rumen (perut). (Mc Kee,2003:384)
2.Oksidasi Asam Lemak Tak Jenuh
Daftar Pustaka
Horton,Robert.2006.Principle of Biochemistry.United States of America:Pearson Education,Inc.
Koolman J and K.H Roem.2005.Color ‘atlas of Biochemistry, 2nd edition.Thieme:New York
