METABOLISME ASAM LEMAK
Gambar 1. Perbandingan model asam stearat (C18:0, atas), poke (C18:1, tengah), dan asam α-linolenat (C18:3, bawah). Posisi cis pada ikatan rangkap dua mengakibatkan melengkungnya rantai dan mengubah perilaku fisik dan kimiawi ketiga asam lemak ini. Pelengkungan tidak terjadi secara nyata pada ikatan rangkap dengan posisi trans.
Asam lemak, bersama-sama dengan gliserol, merupakan penyusun utama minyak nabati atau lemak dan merupakan bahan baku
Asam lemak tidak lain adalah asam alkanoat atau asam karboksilat berderajat tinggi (rantai C lebih dari 6). Karena berguna dalam mengenal ciri-cirinya, asam lemak dibedakan menjadi asam lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh. Asam lemak jenuh hanya memiliki ikatan tunggal di antara atom-atom karbon penyusunnya, sementara asam lemak tak jenuh memiliki paling sedikit satu ikatan ganda di antara atom-atom karbon penyusunnya.
Asam lemak merupakan asam lemah, dan dalam air terdisosiasi sebagian. Umumnya berfase cair atau padat pada suhu ruang (27° Celsius). Semakin panjang rantai C penyusunnya, semakin mudah membeku dan juga semakin sukar larut.
BIOSINTESIS ASAM LEMAK
Pada daun hijau tumbuhan, asam lemak diproduksi di kloroplas. Pada bagian lain tumbuhan dan pada sel hewan (dan manusia), asam lemak dibuat di sitosol. Proses esterifikasi (pengikatan menjadi lipida) umumnya terjadi pada sitoplasma, dan minyak (atau lemak) disimpan pada oleosom. Banyak spesies tanaman menyimpan lemak pada bijinya (biasanya pada bagian kotiledon) yang ditransfer dari daun dan organ berkloroplas lain. Beberapa tanaman penghasil lemak terpenting adalah kedelai, kapas, kacang tanah, jarak, raps/kanola, kelapa, kelapa sawit, jagung dan zaitun.
Proses biokimia sintesis asam lemak pada hewan dan tumbuhan relatif sama. Berbeda dengan tumbuhan, yang mampu membuat sendiri kebutuhan asam lemaknya, hewan kadang kala tidak mampu memproduksi atau mencukupi kebutuhan asam lemak tertentu. Asam lemak yang harus dipasok dari luar ini dikenal sebagai asam lemak esensial karena tidak memiliki enzim untuk menghasilkannya.
Biosintesis asam lemak pada tumbuhan
Biosintesis asam lemak alami merupakan cabang dari daur Calvin, yang memproduksi glukosa dan asetil-KoA. Proses berikut ini terjadi pada daun hijau tumbuh-tumbuhan dan memiliki sejumlah variasi.
Kompleks-enzim asilsintase III (KAS-III) memadukan malonil-ACP (3C) dan asetil-KoA (2C) menjadi butiril-ACP (4C) melalui empat tahap (kondensasi, reduksi, dehidrasi, reduksi) yang masing-masing memiliki enzim tersendiri. Pemanjangan selanjutnya dilakukan secara bertahap, 2C setiap tahapnya, menggunakan malonil-KoA, oleh KAS-I atau KAS-IV. KAS-I melakukan pemanjangan hingga 16C, sementara KAS-IV hanya mencapai 10C. Mulai dari 8C, di setiap tahap pemanjangan gugus ACP dapat dilepas oleh enzim tioesterase untuk menghasilkan asam lemak jenuh bebas dan ACP. Asam lemak bebas ini kemudian dikeluarkan dari kloroplas untuk diproses lebih lanjut di sitoplasma, yang dapat berupa pembentukan ikatan ganda atau esterifikasi dengan gliserol menjadi trigliserida (minyak atau lemak).
Pemanjangan lebih lanjut hanya terjadi bila terdapat KAS-II di kloroplas, yang memanjangkan palmitil-ACP (16C) menjadi stearil-ACP (18C). Enzim Δ9-desaturase kemudian membentuk ikatan ganda, menghasilkan oleil-ACP. Enzim tioesterase lalu melepas gugus ACP dari oleat. Selanjutnya, oleat keluar dari kloroplas untuk mengalami perpanjangan lebih lanjut.
Biosintesis asam lemak pada hewan
Sintesis asam lemak pada hewan berlangsung disitosol. Karena atom karbon asam lemak diturunkan dari asetil-KoA, maka pada perkiraan pertama tampaknya sintesis dari biomolekul lemak ini terjadi melalui reversi dari oksidasi-ß, yang mendegradasi asam lemak menjadi asetil-KoA. Namun, sementara oksidasi-ß bertempat di dalam mitokondria, sintesis asam lemak terjadi dalam membran retikulum endoplasmik dan dikatalisis melalui suatu set aktivitas enzimatik yang berbeda. Dengan demikian, metabolisme asam lemak merupakan contoh yang dilaporkan dengan baik mengenai proses enzimatik bebas dan khas yang lazim berkaitan dengan sintesis dan katabolisme dari suatu senyawa biologi atau kelas biomolekul tertentu.
- Transpor Asetil-KoA ke dalam Sitosol
Untuk produksi asam lemak asetil-KoA (yang dihasilkan dalam mitokondria) pertama kali harus diangkut melintasi membran organela ke dalam sitosol. Karena asetil-KoA sendiri tidak dapat melintasi membran, maka transfer ini mengandalkan pada transpor campuran asetil sebagai sitrat (dihasilkan dari asetil-KoA dan oksaloasetat. Setelah sitrat ditransfer melalui sistem transpor trikarboksilat dari mitokondria ke dalam sitosol, maka sitrat mengalami pembelahan oleh Liase ATP-sitrat untuk menghasilkan asetil-KoA dengan reaksi berikut ini:
Sitrat + KoA + ATP -» asetil-KoA + oksaloasetat + ADP + P¡
Walaupun karnitin telah dikaitkan sebagai suatu karier dari gugusan asetil, demikian pula asam lemak, melintasi membran mitokondria, bukti terakhir mendukung pendapat bahwa sitrat merupakan sumber utama dari asetil-KoA sitosolik dan bukan asetilkamitin.
- Produksi Malonil-KoA pada reaksi awal
Suatu pengamatan kunci yang selanjutnya memberikan suatu petunjuk penting mengenai mekanisme biokimia yang terlibat dalam sintesis asam lemak dibuat oleh Salih Wakil dan rekannya, yang mencatat bahwa CO2 sangat merangsang penggabungan dari asetil-KoA ke dalam struktur asam lemak. Penelitian mereka mengenai fenomena ini menemukan bahwa asetil-KoA harus diubah menjadi malonil-KoA sebelum digunakan untuk sintesis asam lemak. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah asetil-KoA karboksilase, karboksilasi tergantung-ATP memerlukan Mn2+ dan biotin sebagai kofaktor. Produksi malonil-KoA dari asetil-KoA dianggap merupakan langkah pertama dari proses yang dilaksanakan dalam sintesis asam lemak. Sebagai suatu enzim alosterik, asetil-KoA karboksilase diaktivasi oleh efektor alosterik positifnya, sitrat dan isositrat, dan diinhibisi oleh efektor, derivat asil-KoA dari asam lemak rantai panjang. Pada hati avian, diperlihatkan bahwa enzim ini terdapat sebagai suatu monomerinakif (BM =400.000) tanpa adanya sitrat; namun, jika ditemukan sitrat, maka asetil-KoA karboksilase menjadi polimeraktif, yaitu suatu strukturfilamentosa panjang sekitar20 unit monomerik dan dengan panjang sekitar 400 nm. Jadi, sebagai suatu efektor positif, sitrat (atau isositrat) diperlukan untuk produksi konformasi enzim secara katalitik aktif yang menjurus pada polimerisasinya.
O
H3C —C —S —CoA - ATP +HCO
Asetil-KoA
Biotin
-CoA - ADP - P, - H
Malonil-KoA
Dengan demikian, pengaturan aktivitas asetil-KoA karboksilase dan sintesis asam lemak diduga melaksanakan suatu fungsi in vivo yang penting. Jika kebutuhan energi suatu sel tinggi, maka sintesis ATP dipercepat; pada gilirannya, asetil-KoA yang dihasilkan dalam mitokondria digunakan dalam siklus TCA (menghasilkan ATP, sementara dioksidasi menjadi CO2). Di bawah keadaan ini, asetil-KoA yang ada dimetabolisme menghasilkan koenzim nukleotida yang tereduksi (NADH dan FADH2). Tidak terjadi sintesis netto dari perantara siklus TCA, dan kadar intraselular sitrat dan perantara lain tetap rendah. Jika kebutuhan akan peningkatan produksi ATP dihilangkan, seperti diperlihatkan oleh peningkatan rasio ATP/ADP dan NADH/NAD+, maka inhibisi alosterik dari isositrat dehidrogenase (enzim siklus TCA) oleh efektor negatifnya, ATP dan NADH, menyebabkan peningkatan kadar isositrat dan prekursor yang secara termodinamika favorit, sitrat. Jika berlebihan, maka kedua siklus perantara TCA ini diangkut dari mitokondria ke sitosol, di mana mereka bertindak sebagai efektor positif untuk asetil-KoA karboksilase. Jadi, sebagai akibat dari seri peristiwa ini, asetil-KoA tidak segera diperlukan untuk produksi energi yang dirute ke dalam sintesis asam lemak untuk cadangan energi.
Gambar 18-1
Reaksi asetil-KoA karboksilase.
COO
i
CH?
HC—-COO
I
HO —C — H
I
COO
Isositrat
Struktur isositrat
- Sintetase Palmitat (Sintetase asam lemak)
Produk primer dari sintesis asam lemak adalah palmitat (asam lemak jenuh 16-karbon). Banyak informasi mengenai sintesis palmitat didapat dari penelitian mengenai masing-masing enam enzim Escherichia coli yang mengkatalisis proses ini. Perbedaan yang mencolok antara sintesis palmitat pada E. coli dan pada spesies mamalia adalah bahwa, pada kasus yang disebut terakhir ini, analog dari enam aktivitas enzimatik dikandung dalam satu rantai polipeptida tunggal. Dua dari polipeptida multienzim ini, dalam bentuk dimer, merupakan sintetase palmitat (sintetase asam lemak), yang mempunyai BM sekitar 500.000. Kedua polipeptida dimer secara bebas mengkatalisis sintesis palmitat. Suatu komponen protein nonenzimatik tetapi kritis dari sintetase palmitat adalah protein karier as//(ACP), pertama kali diisolasi dari E. coli oleh P. Roy Vagelos dan rekannya. Penelitian mereka menun-jukkan bahwa ACP secara relatif merupakan protein kecil yang mengandung 77 residu asam amino dan mempunyai suatu gugusan prostetik, 4'-fosfopantetein, yang terikat secara kovalen dengan gugusan hidroksil Ser36 dari protein. Pada hewan yang lebih tinggi, ACP tampak merupakan bagian integral dari rantai polipeptida tunggal. Fungsi ACP dalam sintesis asam lemak, seperti yang tidak langsung dinyatakan dari namanya, adalah bertindak sebagai suatu karier perantara, yang gugusan asilnya terikat secara kovalen dalam ikatan tioester pada terminus sulfhidril dari campuran 4'-fosfopantetein. Unit fosfopantetein dari ACP bertindak sebagai perluasan lengan poros yang membawa perantara ke masing-masing tempat aktif pada sintetase palmitat. Peranan yang diajukan mengenai lengan fosfopantetein ini analog dengan apa yang sebelumnya dilaporkan untuk komponen lipoilisil dari kompleks piruvat dehidrogenase. Baik sintesis maupun katabolisme (oksidasi-ß) dari asam lemak menggunakan perantara asil, dan pada kedua sistem, gugusan asil melekat pada ikatan tioester dengan 4'-fosfopantetein. Pada kasus sintetase palmitat, fosfopantetein merupakan gugusan prostetik dari ACP, dan pada oksidasi-ß, gugusan asil dari perantara asil-KoA terikat dengan bagian fosfopantetein dari molekul KoA.
- Siklus Pertama Sintesis Palmitat
Siklus ini dimulai dengan melengkapi sistem ini dengan asetll-KoA dan melibatkan reaksi yang dikatalisis oleh asiltransferase-ACP, salah satu dari enam aktivitas enzimatik yang berkaitan dengan sintetase palmitat. Pada reaksi ini, asetil-KoA bereaksi dengan ACP menghasilkan asetil-ACP, yang kemudian mentransfer gugusan asetil ke suatu residu sisteinil spesifik dari sintase- ß-ketoasil-ACP, aktivitas enzimatik lain dari sintetase palmitat. Dengan perlekatan unit asetil pada sintase (sintase-asetil) dan ACP bebas untuk menerima suatu gugusan asil, sistem ini sekarang dilengkapi untuk memulai siklus pertama reaksi yang akan menambah suatu unit dua-karbon (dilengkapi oleh malonil-KoA). Masuknya malonil-KoA ke dalam sistem dikatalisis oleh suatu aktivitas enzimatik ketiga, maloniltransferase-ACP, dan memerlukan transfer campuran malonil dari malonil-KoA ke residu Ser dari maloniltransferase-ACP dan kemudian ke ACP, menghasilkan malonil-ACP. Pada reaksi selanjutnya, gugusan asetil yang terikat pada suatu gugusan sulfhidril dari sintase ß-ketoasil-ACP berkondensasi dengan malonil-ACP untuk menghasilkan asetoasetil-ACPdan CO2.
Reaksi ini dikatalisis oleh sintase. Yang mempunyai makna biologi adalah kenyataan bahwa dekarboksilasi residu malonil, yang membuat reaksi eksergonik yang tinggi, menjamin bahwa keseimbangan jauh ke kanan, yaitu ke arah sintesis aseto-asetil-ACP. Ciri termodinamika dari reaksi kemungkinan menjelaskan, mengapa dalam sistem biologi, suatu unit C3 (malonil) digunakan untuk memberikan unit C2 bagi sintesis asam lemak. Pada sintesis enzimatik asetoasetil-KoA berikut dari unit C2 (dua asetil-KoA),
Asetil-S-KoA + asetil-S-KoA o asetoasetil-S-KoA + KoA-SH
reduktase enoil- ß-ACP, merupakan reduksi kedua, yang mengubah krotonil-ACP menjadi butiril-ACP, dan sekali lagi, NADPH merupakan koenzim yang diperlukan. Jadi, setelah siklus perpanjangan pertama, prekursor C4 (butiril) dari palmitat telah disintesis dari suatu unit C2 (asetil) dan C3 (malonil), dengan gugusan asetil yang merupakan dua atom terminal dari rantai asam lemak yang bertumbuh.
- Sintesis asam lemak Nomor Ganjil
Siklus yang disebut di atas mengawali sintesis suatu asam lemak dengan jumlah atom karbon genap. Dalam sintesis asam lemak dengan jumlah atom karbon ganjil, suatu proses yang dilakukan oleh banyak organisme lautan, sistem ini dilengkapi oleh propionil-KoA daripada oleh asetil-KoA. Perlengkapan seperti ini dimungkinkan karena transferase-asil-ACP (tetapi bukan maloniltransferase-ACP) mampu untuk mentransfer gugusan asil selain dari residu asetil. Kondensasi selanjutnya dari suatu gugusan propionil dan malonil selama siklus awal menghasilkan suatu perantara C5 dan CO2.
- Siklus Kedua Sintesis Palmitat
Pada siklus kedua dalam sintesis palmitat, ditekankan pada peranan karier yang diperuntukkan bagi perputaran lengan 4'-fosfopantetein dari bagian ACP sintetase palmitat. Pada siklus kedua, gugusan butiril dari butiril-ACP (produk dari siklus pertama) pertama kali ditransfer melalui asiltransferase-ACP ke gugusan tiol dari sintase ketoasil-ß-ACP—suatu reaksi yang analog dengan transfer dari residu asetil untuk melengkapi sistem. Kemudian terjadi transfer unit malonil dari malonil Ko-A ke ACP oleh maloniltransferase-ACP. Yang terjadi selanjutnya adalah kondensasi campuran butiril dari sintase-butiril dengan malonil-ACP untuk menghasilkan perantara C6, ketokaproil- ß-ACP, dan CO2. Untuk melengkapi siklus, ketokaproil-ß-ACP pertama kali direduksi (reduktase ketoasil-ß-ACP), kemudian didehidrasi (dehidratase hidroksiasil-ß-ACP), dan akhirnya direduksi kembali (reduktase enoil-ß-ACP) menghasilkan kaproil-ACP. Jadi, pada akhir dari dua siklus, telah disintesis suatu perantara asam lemak-C6.
- Penyelesaian Sintesis Palmitat
Setelah tujuh putaran siklus, sintesis asam lemak berakhir dengan produksi palmitat (asam lemak jenuh C16). Yang menarik adalah, pada sebagian besar organisme, palmitat merupakan produk utama dari proses sintesis [sekitar 85 % palmitat dan 15 % miristat (Cu)]. Setelah sintesis, palmitat dilepaskan secara hidrolitik dari ACP oleh deasilase paimitoii-ACP atau ditransfer ke KoA. Titik menarik lainnya adalah palmitoil-KoA menghambat sintetase palmitat dengan terjadinya disosiasi sintetase palmitat menjadi dua monomer tidak aktif, yaitu produk dari sintetase mengendalikan produksinya sendiri. Sistem ini juga khas untuk asetil-KoA dan malonil-KoA dan tidak akan menerima setiap derivat asil-KoA dari perantara asam lemak. Jika dipertimbangkan ciri sintesis asam lemak.
Perbandingan Sintesis dan Katabolisme
Sintesis dan katabolisme asam lemak merupakan mekanisme selular yang independen, namun kedua sistem memiliki banyak kemiripan. Tiga langkah terakhir dalam sintesis merupakan kebalikan biokimiawi dari tiga reaksi kunci katabolik oksidasi-ß. Perbedaan utama dalam seri reaksi ini, seperti dikatalisis oleh dua sistem, adalah perbedaan konfigurasi perantara hidroksiasil-ß. Juga, oksidasi-ß menggunakan FAD dan NAD+ sebagai koenzim redoks, sementara sintesis menggunakan NADP+. Perbedaan yang disebut terakhir merupakan contoh yang baik sekali dari konsep bahwa koenzim NAD+ dan NADP+ masing-masing digunakan dalam reaksi katabolik dan biosintetik. Salah satu ciri konsisten dari semua reaksi sintetik dan katabolik adalah mereka memiliki spesifisitas yang ketat terhadap derivat asil lemak (baik dari KoA ataupun dari ACP).
Perpanjangan dan pentakjenuhan asam lemak
Mamalia memiliki kemampuan untuk mensintesis asam lemak yang lebih panjang daripada palmitat, dan produksi biomolekul ini terjadi melalui mekanisme mitokondria atau mikrosomal (retikulum endoplasmic). Pada mitokondria, perpanjangan dari asam lemak prabentuk (baik jenuh atau tidak jenuh) terjadi dengan penambahan gugusan asetil-KoA (unit C2), yang dikatalisis melalui suatu kompleks enzim.
Asam Lemak Esensial
Asam lemak esensial merupakan sebutan bagi asam lemak yang tidak dapat dibuat sendiri oleh atau tidak dapat mencukupi kebutuhan minimal dari suatu spesies (hewan atau manusia). Hal ini terjadi karena spesies yang bersangkutan tidak memiliki (atau memiliki tetapi kurang fungsional) enzim yang bertanggung jawab dalam melakukan sintesis asam lemak tersebut.
Walapun hewan dapat mensintesis banyak asam lemak tidak jenuh jamak (dua atau lebih ikatan ganda) yang ditemukan dalam jaringan, tetapi terdapat beberapa asam lemak tidak jenuh jamak yang harus didapatkan dari makanan. Kelas asam lemak esensial ini, yang tidak dapat disintesis de novo, merupakan tidak jenuh jamak yang mengandung satu atau lebih ikatan ganda di dalam tujuh atom karbon terminal dari molekul, yaitu, linoleat, linolenat-y, dan arakidona. Karena linoleat (Cis) dapat diubah menjadi linolenat-y(Ci8) dan arakidonat (C20) oleh sistem mikrosomal, maka ia dianggap merupakan asam lemak esensial sejati. linolenat-y dihasilkan dari linoleat melalui suatu reaksi desaturasi yang menciptakan suatu ikatan ganda antara karbon 6 dan 7. Untuk mensintesis arakidonat, suatu unit C2 ditambahkan pada linolenat-y untuk menghasilkan linolenat-y-homo, yang kemudian didesaturasi (C-5 dan C-6) untuk menghasilkan asam lemak tetraenoat. Dewasa ini, terdapat minat ilmiah dan medis yang besar dalam metabolisme arakidonat karena asam lemak ini merupakan prekursor dari suatu kelas hormon yang poten, yaitu prostaglandin.
TUGAS BIOKIMIA
METABOLISME ASAM LEMAK
DISUSUN OLEH
SHALHA SAHPIANTI
A1C407009
DOSEN PENGAMPU
Dr. APRIZAL LUKMAN, M.Si
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS JAMBI
2010
Tidak ada komentar:
Posting Komentar