mekanisme lemak.docx
Post on 15-Jan-2016
113 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
A. MEKANISME LEMAK
1. Katabolisme Asam Lemak
Degradasi Asam Lemak: ß-Oksidasi
Degradasi asam lemak terjadi di mitokondria dalam beberapa tahap:
Tahap 1: aktivasi asam lemak di sitoplasma. Asam lemak difosforilasi dengan
menggunakan satu molekul ATP dan diaktifkan dengan asetil Co-A menghasilkan
asam lemak-CoA, AMP, dan pirofosfat inorganik.
Gambar: Pengaktifan asam lemak dengan acetyl-CoA menjadi asam lemak-CoA.
Tahap 2: Pengangkutan asam lemak-CoA dari sitoplasma ke mitokondria dengan
bantuan molekul pembawa carnitine, yang terdapat dalam membran mitokondria.
Gambar: Masuknya asam lemak ke mitokondria melalui transport
acyl-carnitine/carnitine.
Tahap 3: Reaksi ß-oksidasi, berlangsung dalam 4 tahap, yaitu:
1. Dehidrogenasi I, yaitu dehidrogenasi Asam lemak-CoA yang sudah berada di
dalam mitokondrion oleh enzim acyl-CoA dehidrogenase, mengha-silkan
senyawa enoyl-CoA. Pada reaksi ini, FAD (flavin adenin dinukleotida) yang
bertindak sebagai koenzim direduksi menjadi FADH2. Dengan mekanisme
fosforilasi bersifat oksidasi melalui rantai pemafasan, suatu molekul FADH2
dapat menghasilkan dua molekul ATP.
2. Hidratasi, yaitu ikatan rangkap pada enoyl-CoA dihidratasi menjadi 3-
hidroxyacyl-CoA oleh enzim enoyl-CoA hidratase.
3. Dehidrogenase II, yaitu dehidrogenasi 3-hidroxyacyl-CoA oleh enzim ß-
hidroxyacyl-CoA dehidrogenase dengan NAD+ sebagai koenzimnya menjadi ß-
ketoacyl-CoA. NADH yang terbentuk dari NAD+ dapat dioksidasi kembali
melalui mekanisme fosforilasi oksidatif yang dirangkaikan dengan rantai
pernafasan menghasilkan 3 molekul ATP.
4. Pemecahan molekul dengan enzim ß-ketoacyl-CoA thiolase. Pada reaksi ini satu
molekul ketoacyl-CoA menghasilkan satu molekul asetyl-CoA dan sisa rantai
asam lemak dalam bentuk CoA-nya, yang mempunyai rantai dua atom karbon
lebih pendek dari semula.
Gambar: Urutan tahapan reaksi dalam ß-oksidasi asam lemak.
Proses degradasi asam lemak selanjutnya adalah pengulangan mekanisme ß-
oksidasi secara berurutan sampai panjang rantai asam lemak tersebut habis dipecah
menjadi molekul acetyl-CoA. Dengan demikian satu molekul asam miristat (C14)
menghasilkan 7 molekul acetyl-CoA (C2) dengan melalui 6 kali ß-oksidasi.
Tiap satu siklus ß-oksidasi dihasilkan energi sebesar:
1 FADH2 = 2 ATP (pada dehidrogenasi 1)
1 NADH = 3 ATP (pada dehidrogenasi 2)
1 Acetyl-CoA dioksidasi melalui siklus TCA menghasilkan energi = 12 ATP.
Jadi jumlah ATP yang dihasilkan dalam satu siklus ß-oksidasi = (3 + 3 + 12) ATP =
17 ATP
Jalur Minor Degradasi Asam Lemak
Jalur utama degradasi asam lemak adalah ß-oksidasi, yaitu untuk asam lemak jenuh
beratom C genap. Akan tetapi ada juga jalur-jalur khusus yang lain yaitu untuk
degradasi asam lemak tak jenuh, degradasi asam lemak dengan atom C ganjil, serta
α- dan ω-oksidasi.
ß-Oksidasi asam lemak tak jenuh
Adapun mekanisme oksidasi asam lemak tak jenuh berlangsung sama seperti
ß-oksidasi untuk asam lemak jenuh. Karena terdapat satu ikatan tak jenuh, maka
dalam proses degradasinya, asam lemak tak jenuh mengalami satu mekanisme reaksi
tambahan yaitu reaksi isomerisasi bentuk cis ke trans yang dikatalisis oleh enzim
enoyl-CoA isomerase.
Pada asam lemak tak jenuh, ada siklus ß-oksidasi yang tidak melalui reaksi
dehidrogenasi I yang menghasilkan FADH2, yaitu pada pmotongan 2 C yang
mengandung ikatan rangkap. Dengan demikian jumlah ATP yang dihasilkan pada ß-
oksidasi asam lemak tak jenuh lebih sedikit bila dibandingkan dengan jumlah ATP
yang dihasilkan oleh ß-oksidasi asam lemak jenuh dengan jumlah atom C yang sama.
Gambar: Urutan reaksi dalam oksidasi asam lemak tak jenuh (Contoh: asam linoleat
dalam bentuk linoleoyl-CoA
ß-Oksidasi Asam Lemak dengan atom C ganjil
Pada asam lemak dengan jumlah atom C ganjil, setelah pengambilan acetyl-
CoA (2C) sisanya adalah residu propionyl-CoA (3C). Propionyl-CoA ini masuk ke
siklus Krebs lewat Succinyl-CoA. Dalam hal ini propionyl-CoA dikarboksilasi
menjadi D-metylmalonyl-CoA, kemudian diubah menjadi Succinyl-CoA melalui
intermediet L- metylmalonyl-CoA. Jumlah energi yang dihasilkan dalam 1 siklus
krebs jika masuk lewat Succinyl-CoA hanya sebesar 6 ATP.
Karena masuk siklus krebs lewat Succinyl-CoA maka degradasi asam lemak
dengan atom C ganjil lebih cepat dibandingkan dengan degradasi asam lemak dengan
atom C genap.
Gambar: Oksidasi asam lemak dengan atom C ganjil (contoh: asam propionat dalam
bentuk Propionyl-CoA)
Bagi penderita anemia pernisiosa sebagai akibat kekurangan vitamin B, kerja
enzim methylmalonyl-CoA mutase terganggu, sehingga L-Methylmalonyl-CoA tidak
bisa diubah menjadi Succinyl-CoA. Dalam urin penderita ini ditemukan L-
methylmalonyl-CoA maupun propionyl-CoA dalam jumlah yang besar.
α- dan -oksidasi
α–oksidasi adalah degradasi senyawa asam karboksilat dengan melepaskan 1
atom karbon pada ujung karboksilnya. Asam lemak yang bagian ujungnya
mempunyai cabang metil tidak bisa langsung didegradasi melalui mekanisme ß-
oksidasi, melainkan harus dioksidasi terlebih dahulu melalui mekanisme α–oksidasi.
Dalam mekanisme α–oksidasi, gugus karboksilat dilepaskan sebagai CO2 dan atom
karbon-α dioksidasi oleh hidrogen peroksida menjadi gugus aldehida. Reaksi ini
dikatalisis oleh enzim peroksidase asam lemak, tidak membutuhkan CoA-SH dan
tidak menghasilkan ATP. Gugus aldehid yang terbentuk selanjutnya dioksidasi
dengan menggunakan NAD+ menjadi asam karboksilat. Dengan demikian asam
lemak yang dihasilkan dalam satu kali reaksi α–oksidasi telah berkurang dengan 1
atom C. Selain itu gugus aldehid tersebut dapat dioksidasi menjadi gugus alkohol,
membentuk senyawa alkohol asam lemak.
-oksidasi adalah oksidasi atom C pada ujung asam lemak. Reaksi ini dimulai
dengan hidroksilasi gugus –CH3 yang dikatalisis oleh monooksigenase membentuk –
CH2OH dan dilanjutkan dengan oksidasi membentuk gugus karboksilat -COOH.
Hasilnya adalah asam lemak dikarboksilat yang dapat mengalami ß-oksidasi dari
kedua ujungnya sampai diperoleh asam dikarboksilat C8 (asam suberat) atau C6
(asam adipat) yang dapat diekskresi dalam urin. Kedua asam ini dijumpai pada urin
penderita ketotik dikarboksilat asiduria. -oksidasi dilakukan oleh enzim-enzim
hidroksilasi yang memerlukan sitokrom P-450 dalam mikrosom.
ß-oksidasi di Peroksisom
Bentuk modifikasi ß-oksidasi terjadi di peroksisom hati, yang dikhususkan
untuk degradasi asam lemak berantai panjang (n > 20). Dua perbedaan pokok ß-
oksidasi di mitokondria dan di peroxisome adalah:
1. Pada tahap reduksi 1, flavoprotein acyl-CoA oxidase di peroxisome memasukkan
elektron secara langsung ke O2 menghasilkan H2O2, yang segera diubah menjadi
H2O dan O2 oleh katalase. Energi yang dihasilkan tidak disimpan sebagai ATP
tetapi dibuang dalam bentuk panas. Dalam mitokondria elektron yang dihasilkan
pada tahap reduksi 1 dimasukkan ke O2 menghasilkan H2O melalui rantai
respirasi yang digabungkan dengan pembentukan ATP.
2. Dalam sistem perosisomal, ß-oksidasi lebih aktif dilakukan terhadap asam lemak
berntai panjang, seperti asam hexakosanoat (26:0), dan asam lemak bercabang,
seperti asam fitanat dan asam pristanat. Pada mamalia konsentrasi lemak yang
tinggi dalam diet akan menaikkan sintesis enzim ß-oksidasi peroxisomal hati.
Karena peroxisome hati tidak mempunyai enzim-enzim untuk siklus TCA dan
tidak dapat mengkatalisa oksidasi acetyl-CoA menjadi CO2, maka asam lemak
berantai panjang atau bercabang tersebut dikatabolisme menjadi produk asam
lemak yang lebih pendek, selanjutnya dieksport ke mitokondria untuk dioksidasi
secara sempurna.
Gambar: Perbandingan ß-oksidasi di mitokondria dan di peroxisome dan glyoxysome
2. Anabolisme Lipid
Hati adalah tempat penting untuk pembentukan asam lemak, lemak, keton
bodi, dan kolesterol. Meskipun jaringan adiposa juga mensintesis lemak, tetapi fungsi
utamanya adalah menyimpan lipid.
Metabolisme lipid di dalam hati berkaitan erat dengan karbohidrat dan asam
amino. Dalam keadaan absorpsi, hati mengubah glukosa menjadi asam lemak melalui
asetyl-CoA. Hati dapat juga mendapatkan kembali asam lemak dari suplai lipid
dengan kilomikron dari usus. Asam lemak dari kedua sumber tersebut kemudian
dikonversi menjadi lemak netral dan fosfolipid.
Biosintesis Keton Bodies
Tujuan pembentukan keton bodies adalah:
1. untuk mengalihkan sebagian acetyl-CoA yang terbentuk dari asam lemak di
dalam hati dari oksidasi selanjutnya,
2. untuk mengangkut acetyl-CoA menuju jaringan lain untuk dioksidasi menjadi
CO2 dan H2O (salah satu cara distribusi bahan bakar ke bagian lain dalam tubuh)
Asetyl-CoA hasil degradasi asam lemak jika konsentrasinya dalam
mitokondria hati tinggi, maka dua molekul asetyl-CoA akan berkondensasi
membentuk acetoacetyl-CoA, penambahan satu gugus acetyl selanjutnya
menghasilkan 3-hydroxy-ß-methylglutyryl-CoA (HMG-CoA), dan pelepasan satu
acetyl-CoA dari senyawa tersebut dihasilkan acetoacetate. Ketiga senyawa hasil dari
reaksi 1, 2, dan 3, yaitu acetoacetyl-CoA, 3-hydroxy-ß-methylglutyryl-CoA, dan
acetoacetate disebut sebagai keton bodies. Senyawa acetoacetate dapat direduksi
menjadi 3-hydroxybutirate atau diurai menjadi acetone. Keton bodies selanjutnya
dilepaskan hati ke darah. Dalam kondisi lapar, keton bidies dalam darah naik.
Acetoacetate dan 3-hydroxybutirate bersama asam lemak digunakan sebagai sumber
energy untuk hati, otot skeletal, ginjal dan otak. Sedangkan aceton yang tidak
diperlukan dikeluarkan melalui paru-paru.
Jika produksi keton bodies melebihi penggunaannya di luar sel hati, maka
keton bodies ini akan terakumulasi dalam plasma darah (ketonemia), dan
diekskresikan bersama urin (ketonuria). Karena keton bodies adalah asam kuat
moderat dengan pKa sekitar 4, maka dapat menurunkan nilai pH plasma darah
(ketoacidosis).
Gambar: Reaksi-reaksi pembentukan keton bodies. Reaksi 1: pembentukan
acetoacetyl-CoA. Reaksi 2: pembentukan HMG-CoA. Reaksi 3:
pembentukan acetoacetate. Reaksi 4. Pengubahan acetoacetate menjadi
acetone dan d-ß-hydroxybutirate.
Biosintesis Asam Lemak
Biosintesis asam lemak sangat penting, khususnya dalam jaringan hewan, karena
mempunyai kemampuan terbatas untuk menyimpan energi dalam bentuk karbohidrat.
Proses ini dikatalisis oleh asam lemak synthase, suatu multienzim yang berlokasi di
sitoplasma.
Biosintesis Asam Lemak Jenuh
Biosintesis asam lemak jenuh dimulai dari acetyl-CoA sebagai starter. Acetyl-
CoA ini dapat berasal dari ß-oksidasi asam lemak maupun dari piruvate hasil
glikolisis atau degradasi asam amino melalui reaksi pyruvate dehydrogenase. Acetyl-
CoA tersebut kemudian ditransport dari mitokondria ke sitoplasma melalui sistem
citrate shuttle untuk disintesis menjadi asam lemak. Reduktan NADPH+ dan H+
disuplai dari jalur hexose monophosphate (fosfoglukonat).
Gambar: Bagan pengangkutan acetyl-CoA dari mitokondria ke sitoplasma. Pyruvate
hasil katabolisme asam amino atau dari glikolisis glukosa diubah menjadi
aecetyl-CoA oleh sistem pyruvate dehydogenase. Gugus acetyl tersebut
keluar matriks mitokondria sebagai citrate, masuk ke sitosol untuk sintesis
asam lemak. Oxaloacetate direduksi menjadi malate kembali ke matriks
mitokondrion dan diubah kembali menjadi malate. Malat di sitosol
dioksidasi oleh enzim malat menghasilkan NADPH dan pyruvate. NADPH
digunakan untuk reaksi reduksi dalam biosintesis asam lemak sedangkan
pyrivate kembali ke matriks mitokondria.
Asam lemak synthase disusun oleh dua rantai peptida yang identik yang
disebut homodimer. Masing-masing dari 2 rantai peptida yang digambarkan sebagai
suatu hemispheres tersebut, mengkatalisis 7 bagian reaksi yang berbeda yang
dibutuhkan dalam sintesis asam palmitat. Katalisis reaksi multi urutan dengan satu
protein mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan beberapa enzim yang
terpisah. Keuntungan tersebut antara lain:
1. reaksi-reaksi kompetitif dapat dicegah,
2. reaksi terjadi dalam satu garis koordinasi,
3. lebih efisien karena konsentrasi substrat lokal yang tinggi, kehilangan karena
difusi rendah.
Enzim kompleks asam lemak synthase bekerja dalam bentuk dimer. Tiap
monomernya secara kovalen dapat mengikat substrat sebagai tioester pada bagian
gugus –SH. Ada dua gugus –SH yang masing-masing terikat pada residu Cysteine
(Cys-SH) pada ß-ketoacyl-ACPSynthase dan 4´-phosphopantetheine (Pan-SH). Pan-
SH, yang mirip dengan Koenzim A (CoA-SH), diikat dalam suatu domain enzim
yang disebut acyl-carrier protein (ACP). ACP bekerja seperti tangan yang panjang
yang melewatkan substrat dari satu pusat reaksi ke reaksi berikutnya.
Gambar: Sistem enzim kompleks asam lemak synthase yang bekerja dalam bentuk
dimer.
Aktivitas yang terlibat dalam sistem enzim kompleks asam lemak synthase
dilokasikan dalam 3 domain protein yang berbeda. Domain 1 bertanggung jawab
pada katalisis reaksi 2a, 2b, dan 3, yaitu masuknya substrat asetyl-CoA atau acyl-
CoA dan malonyl-CoA yang diikuti dengan kondensasi kedua substrat tersebut.
Domain 2 mengkatalisis reaksi 4, 5, dan 6, yaitu reaksi reduksi pertama rantai
perpanjangan asam lemak, dehidratase, dan reduksi kedua. Sedangkan domain 3 atau
domain tiolase mengkatalisis pelepasan produk akhir asam lemak setelah 7 tahap
perpanjangan (reaksi 7).
Reaksi Biosintesis asam lemak Jenuh (Asam Palmitat)
Biosintesis asam lemak jenuh, dalam hal ini sebagai pokok bahasan adalah
biosintesis asam palmitat, karena proses metabolisme sudah banyak diketahui. Reaksi
ini dibagi dalam tiga tahap, yaitu tahap aktivasi, tahap elongasi, dan tahap tiolasi atau
pelepasan produk akhir.
1. Tahap aktivasi
Reaksi 1: Asetil-CoA + oksaloasetat → sitrat + KoA-SH
Acetyl-CoA dibawa masuk dari mitokondria ke sitoplasma dengan
mengubahnya menjadi sitrat oleh aktivitas enzim Sitrat sintetase.
Reaksi 2: Sitrat + ATP + KoASH Asetil-KoA +Oksaloasetat + ADP + Pi Acetyl-
CoA dibentuk kembali dari sitrat dalam sitoplasma dengan enzim
ATPsitrat liase.
Reaksi 3: Acetyl-CoA + CO2 + ATP malonyl-CoA +ADP + Pi
karboksilasi acetyl-CoA menjadi malonyl-CoA sebagai molekul yang
menambahkan 2 atom C pada pemanjangan asam lemak dengan
melepaskan CO2. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim acetyl-CoA karboksilase
dengan bantuan Biotin. CO2 yang digabungkan dengan acetyl-CoA berasal
dari HCO3- dari buffer darah.
Gambar: Reaksi pembentukan malonyl-CoA dari acetyl-CoA yang dikatalisis oleh
enzim acetyl-CoA karboksilase dengan bantuan Biotin. Enzim acetyl-CoA
karboksilase mempunyai 3 daerah fungsional, yaitu: (1) biotin carrier protein, (2)
biotin carboxylase, dan (3) transcarboxylase.
2. Tahap elongasi
Merupakan reaksi pemanjangan rantai secara kontinyu. Berikut merupakan
reaksi-reaksi yang terjadi pada tahan elongasi.
Reaksi 1: Pembentukan acetyl-ACP sebagai starter atau molekul pemula.
Transfer residu acetyl dari Acetyl-CoA ke gugus SH dari molekul ACP
pada sistem enzim kompleks asam lemak synthase merupakan reaksi
pemula dalam mekanisme biosintesis asam lemak. Kedua atom karbon ini
akan menjadi atom karbon ujung (atom karbon nomor 15 dan 16) dari asam
palmitat yang terbentuk. Reaksi ini dikatalisis oleh salah satu dari enam
enzim kompleks asam lemak synthase, Acetyl-CoA-ACP transacylase.
Reaksi 2: Transfer residu acetyl ke Cys-SH dari enzim & residu malonyl ke Pan-SH
dari ACP.
Residu acetyl dari molekul ACP kemudian ditransfer (translokasi) ke gugus
–SH dari residu cystein pada ß-ketoacyl-ACP-Synthase. Secara bersamaan
gugus malonyl dari malonyl-CoA dipindah ke Pan-SH dari ACP
membentuk malonyl-ACP oleh enzim malonyl-CoA- ACP-transferase.
Reaksi 3: Reaksi kondensasi pembentukan acetoacetyl-S-ACP
Gugus acetyl yang diesterkan pada enzim ß-ketoacyl-ACP-Synthase
ditransfer ke atom C nomer 2 pada malonyl-ACP dengan pelepasan CO2
yang berasal dari HCO3 oleh enzim ß-ketoacyl-ACP-Synthase membentuk
acetoacetyl-S-ACP. Dengan demikian dalam reaksi karboksilasi acetyl-
CoA, CO2 dari HCO3- tersebut memegang peran katalitik karena dilepaskan
kembali sebagai CO2.
Reaksi 4: Reaksi reduksi pertama
Acetoacetyl-S-ACP direduksi oleh NADPH membentuk D--
hydroxybutyryl-ACP, yang dikatalis oleh -ketoacyl-ACP reductase.
Reaksi 5: Reaksi dehidratasi
D--hydroxybutyryl-ACP selanjutnya didehidratasi oleh enoyl-ACP
hidratase menjadi ,-trans-butenoyl-ACP atau trans-∆2- butenoyl-ACP atau
disebut crotonyl-S-ACP.
Reaksi 6: Reaksi reduksi kedua
Trans-∆2-butenoyl-ACP direduksi oleh enoyl ACP reductase menghasilkan
butyryl-ACP.
3. Tahap tiolasi.
Reaksi 7: Pelepasan asam palmitat
Palmitoyl-ACP dapat dilepaskan menjadi asam palmitat bebas oleh kerja
enzim palmitoyl thioesterase (Domain 3) atau ditransfer dari ACP ke CoA
atau digabungkan secara langsung ke asam fosfatidat dalam jalur yang menuju
fosfolipid dan triasilgliserol.
Reaksi keseluruhan dari reaksi biosintesa asam palmitat yang dimulai dari asetil-CoA
adalah:
Biosintesis Asam Lemak Jenuh dengan jumlah atom C ganjil
Dari uraian tentang jalur ß-oksidasi asam lemak (katabolisme) dan biosintesis
asam lemak (anabolisme) terdapat lima perbedaan yang dapat diamati yaitu:
1. Lokasi intraseluler: ß-oksidasi terjadi di mitokondrion, biosintesis di sitoplasma
2. Tipe pembawa gugus acyl: dalam ß-oksidasi adalah CoA, dalam biosintesis
adalah ACP
3. Dalam ß-oksidasi asam lemak sebagai akseptor elektron (oksidator) adalah FAD,
sedangkan dalam biosintesis asam lemak NADPH sebagai donor elektron
(reduktor)
4. Senyawa intermediet yang terbentuk pada reaksi hidratasi mempunyai konfigurasi
L, pada reaksi dehidrasi dalam biosintesis asam lemak senyawa intermedietnya
mempunyai konfigurasi D
5. Malonyl-CoA berperan sebagai prekursor penambahan unit C2 dalam biosintesis
asam lemak, sedangkan dalam ß oksodasi pengurangan unit C2 dalam bentuk
acetyl-CoA.
Selain kelima perbedaan di atas, pada ß-oksidasi dihasilkan energi sedangkan
pada biosintesis asam lemak diperlukan energi.
DAFTAR PUSTAKALehninger, A.L. 1982. Biochemistry, Worth Pub. Inc
Murray, R.K., dkk. 2003. Harper’s Illustrated Biochemistry, 26th Ed., Lange Medical Books/Mc.Graw-Hill.
Voet, D. and J.G. Voet. 1990. Biochemistry, John Wiley & Sons.
Stryer, L. 2000. Biochemistry, 4th ed., W. H. Freeman and Company.
Muhammad Wirahadikusumah. 1985. Biokimia: Metabolisme Energi, Karbohidrat, dan Lipid, Penerbit ITB Bandung.
top related