Katabolisme dapat juga memanen energi yang tersimpan dalam lemak yang diperoleh dari makanan atau dari sel penyimpan dalam tubuh. Setelah lemak dicerna, gliserol diubah menjadi gliseraldehidfosfat. Sebagian besar energi lemak disimpan dalam asam lemak. Urutan metabolik yang disebut oksidasi- memecah asam lemak menjadi fragmen berkarbon dua, yang memasuki siklus Krebs sebagai Asetil Co-A. Lemak merupakan bahan bakar yang sangat baik. Satu gram lemak yang dioksidasi oleh respirasi menghasilkan ATP lebih dari dua kali lebih banyak daripada ATP yang dihasilkan oleh satu gram karbohidrat. Asam lemak mengalami degradasi menjadi asetil Co-A dalam matriks mitokondria melalui oksidasi- . Asetil Co-A kemudian memasuki siklus Krebs jika persediaan oksaloasetat cukup. Jalan lain adalah asetil Co-A dapat membentuk keton. FADH2 dan NADH yang terbentuk pada oksidasi- memindahkan elektronnya ke O2 melalui rantai transpor elektron. Seperti siklus Krebs, oksidasi- dapat berlanjut jika NAD+ dan FAD dibentuk kembali. Jadi, kecepatan degradasi asam lemak juga terangkai dengan kebutuhan ATP.

-oksidasi asam lemak Asam lemak dioksidasi dalam dua tahap. Setelah asam lemak dapat memasuki mitokondria, oksidasi asam lemak terjadi dalam 2 tahap utama. Pada tahap pertama, asam lemak mengalami pelepasan unit dua karbon berturut-turut secara oksidatif, mulai dari ujung karboksil rantai asam lemak dengan berulang-ulang melewati rangkaian enzim yang melepaskan satu unit asetil dua karbon pada sekali proses, dalam bentuk asetil KoA. Jadi, asam lemak 16 karbon (asam palmitat) mengalami 7 kali proses melewati rangkaian enzim ini, masing-masing proses memotong unit dua-karbon sebagai asetil KoA. Pada akhir dari ketujuh proses ini unit dua karbon yang terakhir dari asam palmitat juga muncul sebagai asetil KoA. Akibat keseluruhannya adalah pengubahan rantai asam palmitat 16-karbon menjadi 8 potongan 2-karbon dalam bentuk gugus asetil yaitu asetil KoA. pembentukan tiap molekul asetil KoA memerlukan pelepasan 4 atom hidrogen dari asam lemak oleh kerja dehidrogenase. Pada tahap kedua oksidasi asam lemak, residu asetil dari asetil KoA dioksidasi menjadi CO2 dan H2O melalui siklus asam sitrat. Ini juga terjadi di dalam mitokondria. Jadi, asetil KoA yang diturunkan dari oksidasi asam lemak memasuki lintas umum akhir, yaitu oksidasi, bersama-sama dengan asetil KoA yang datang dari glukosa melalui oksidasi piruvat.

Kedua tahap oksidasi asam lemak mengakibatkan aliran atom hidrogen atau elektron yang bersangkutan melalui rantai transport elektron pada mitokondria yang akan diterima oleh oksigen sebagai akseptor elektron terakhir. Dalam proses ini akan terjadi fosforilasi oksidatif ADP menjadi ATP.

Oksidasi Asam Lemak Jenuh y Tahap 1: Tahap Dehidrogenasi Setelah ester asil lemak Ko-A jenuh masuk ke dalam matriks, molekul tersebut mengalami dehidrogenasi enzimatik pada atom karbon dan (atom karbon 2 dan 3)

untuk membentuk ikatan ganda pada rantai karbon, dan karenanya menghasilkan suatu trans- 2-enoil-KoA sebagai produk, dalam tahap yang dikatalis oleh dehidrogenase asil KoA, yaitu enzim yang mengandung FAD sebagai gugus prostetik: asil lemak-S-KoA + E-FAD2

trans- 2-enoil-S-KoA + E-FADH2

menunjukkan letak ikatan ganda yang memiliki konfigurasi trans. Pada reaksi

ini, atom hidrogen yang dilepaskan dari asil lemak KoA dipindahkan ke FAD yang merupakan gugus prostetik yang terikat kuat pada enzim dehidrogenase asil KoA. Bentuk tereduksi dehidrogenase ini lalu memberikan elektronnya kepada molekul pembawa elektron , yang disebut ETFP (flavoprotein pemindahan elektron), yang selanjutnya memindahkan pasangan elektron ke ubiquinon pada rantai respirasi mitokondria. selama transport pasangan elektron ini selanjutnya ke oksigen oleh rantai respirasi, dua ATP dihasilkan oleh fosforilasi oksidatif.

y

Tahap2: Tahap Hidrasi Pada tahap ini, air ditambahkan kepada ikatan ganda trans- 2-enoil-KoA untuk membentuk L stereoisomer -hidroksiasil-KoA (3-hidoksiasil-KoA), yang dikatalisis oleh enoil-KoA hidratase yang telah diisolasi dalam bentuk kristal. trans- 2-enoil-S-KoA + H2O

L- 3-hidroksiasil-S-KoA

y

Tahap 3: Tahap Dehidrogenase Kedua Pada tahap ini, L-3-hidroksiasil-KoA didehidrogenase untuk membentuk 3-ketoasilKoA oleh kerja 3-hidroksiasil KoA dehidrogenase dan NAD+ bertindak sebagai penerima elektron spesifik. Reaksinya adalah sebagai berikut. L-3-hidroksiasil-S-KoA + NAD+ 3-ketoasil-S-KoA + NADH + H+

Enzim ini benar-benar spesifik (100%) bagi stereisomer L. NADH yang terbentuk akan memberikan ekuivalen pereduksinya ke NADH dehidrogenase pada rantai respirasi. masuknya NADH ke dalam transport elektron akan menghasilkan 3 ATP. y Tahap 4: Tahap Pemotongan Pada tahap ini 3-ketoasil-KoA bereaksi dengan molekul KoA-SH bebas untuk membebaskan potongan 2 karbon karboksil-terminal dari asam lemak asalnya, sebagai asetil Ko-A, dan produk sisanya yaitu ester Ko-A dari asam lemak semula diperkecil dengan 2 atom karbon. reaksi ini dikatalisis oleh asetil KoA asetil transferase (triolase). Reaksi ini disebut dengan proses tiolisis, analog dengan proses hidrolisis, karena ketoasil KoA dipotong oleh reaksi dengan gugus tiol KoA.

Tiolisis

Oksidasi

Hidrasi

Oksidasi

Tiolisis

Babak Pertama Oksidasi Asam Lemak menghasilkan asetil KoA dan ATP

Satu molekul asetil Ko-A dan dua pasang atom hidrogen dipindahkan dari asil lemak KoA berantai panjang yang akan masuk ke tahap ini, sehingga rantainya diperpendek dengan 2 atom karbon. Persamaan bagi satu tahap, dimulai dengan ester KoA asam palmitat (16 atom karbon) adalah: Palmitoil-S-KoA+KoA-SH+FAD+NAD++H2O meristoil-S-KoA+asetil-A-KoA+FADH2+NADH+H+ Setelah pemindahan satu unit asetil KoA dari palmitoil KoA, kita berhadapan dengan ester KoA asam lemak yang telah diperpendek, yaitu asam miristat 14-karbon. miristoil KoA ini sekarang masuk ke siklus oksidasi asam lemak dan mengalami rangkaian empat reaksi selanjutnya, yang sama dengan rangkaian pertama, menghasilkan

molekul asetil KoA kedua dan lauril KoA, yaitu ester KoA dari asam lemak homolog 12 karbon, asam laurat. bersama-sama ketujuh lintasan yang melalui siklus oksidasi asam lemak diperlukan untuk mengoksidasi satu molekul palmitoil-KoA untuk menghasilkan 8 molekul asetil KoA. Palmitoil-S-KoA + 7 KoA-SH + 7 FAD + 7 NAD++ 7 H2 O 8 Asetil-S KoA+ 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ Setiap molekul FADH2 yang terbentuk selama oksidasi asam lemak memberikan sepasang elektron ke ubikuinon pada rantai respirasi dan ada 2 molekul ATP yang dihasilkan dari ADP dan fosfat selama terjadinya transport pasangan elektron ke oksigen dan fosfolirasi oksidatif yang berkaitan dengan itu. Serupa dengan hal tersebut, setiap molekul NADH yang terbentuk memindahkan sepasang elektron ke NADH

dehidrogenase mitokondria kemudian menuju oksigen sehingga terbentuk 3 molekul ATP. Jadi, 5 molekul ATP terbentuk setiap molekul asetil KoA yang dipindahkan pada setiap lintas yang melalui rangkaian ini. Secara keseluruhan persamaan reaksi babak pertama adalah sebagai berikut: Palmitoil-S-KoA + 7 KoA-SH + 7O2 + 35 Pi + 35 ADP 8 asetil-S- KoA+ 35 ATP + 42 H2 O Babak kedua Oksidasi Asam Lemak, asetil KoA dioksidasi melalui siklus asam sitrat Asetil koA yang dihasilkan dari oksidasi asam lemak masuk ke dalam siklus asam sitrat. Pada siklus asam sitrat, gugus asetil pada molekul asetil KoA dioksidasi menjadi CO2 dan H2 O. Berikut disajikan persamaan reaksi oksidasi delapan molekul asetil KoA yang dibentuk dari palmitoil KoA, dengan fosforilasi yang terjadi bersamaan dengan itu: 8 Asetil-S-KoA + 16 O2 +96 Pi +96 ADP 8 KoA-SH+96 ATP+104H2O+16CO2 Apabila persamaan reaksi pada babak pertama digabungkan dengan babak kedua dari oksidasi asam palmitat diperoleh hasil sebagai berikut: palmitoil-S-KoA + 23 O2 + 131 Pi + 131 ADP KoA-SH + 131 ATP + 16CO2 + 146H2O