3 katabolisme protein
DESCRIPTION
katabolisme protein dalam biokimiaTRANSCRIPT
PENDAHULUAN
Dalam metabolisme lipid terdapat 2 fase yaitu katabolisme dan anabolisme.
Katabolisme merupakan fase metabolisme yang bersifat menguraikan yang menyebabkan
molekul organik nutrien seperti karbohidrat, lipid, dan protein dari lingkungan atau dari
cadangan makanan sel itu sendiri terurai didalam reaksi-reaksi bertahap menjadi produk akhir
yang lebih kecil dan sederhana seperti asam laktat, CO2 dan ammonia.
Katabolisme diikuti oleh pelepasan energi bebas yang telah tersimpan didalam
struktur kompleks molekul organic yang lebih besar tersebut. Pada tahap-tahap tertentu
didalam lintas katabolik, banyak dari energi bebas ini yang disimpan melalui reaksi-reaksi
enzimatik yang saling berkaitan didalam bentuk molekul pembawa energi Adenosin Trifosfat
(ATP). Sejumlah energi mungkin tersimpan didalam atom hidrogen berenergi tinggi yang
dibawa oleh koenzim nikotinamida adenine dinukleotida fosfat dalam bentuk tereduksinya,
yaitu NADPH.
Lipid adalah senyawa organik berminyak atau berlemak yang tidak larut dalam air,
yang dapat diekstrak dari sel dan jaringan oleh pelarut non polar, seperti kloroform, atau eter.
Jenis lipida yang paling banyak adalah lemak atau triasilgliserol. Lipid merupakan bahan
bakar utama bagi hampir semua organisme. Triasilgliserol adalah ester dari alcohol gliserol
dengan tiga molekul asam lemak.
Katabolisme lipid adalah pemecahan molekul yang besar menjadi molekul yang lebih
kecil dengan melepas energy. Kunci utama proses katabolisme lipid adalah reaksi oksidasi β
(β-oxidation).
Berdasarkan jumlah karbonnya, asam lemak dibagi menjadi 2 yaitu asam lemak
dibagi menjadi 2 yaitu asam lemak berkarbon genap dan asam lemak berkarbon ganjil.
Sedangkan berdasarkan jenis ikatannya, asam lemak dibedakan menjadi asam lemak jenuh
dan asam lemak tidak jenuh. Pada makalah ini akan dibahas mengenai oksidasi asam lemak,
yang terfokus pada oksidasi pada asam lemak berkarbon genap dan oksidasi asam lemak
berkarbon ganjil.
PEMBAHASAN
OKSIDASI ASAM LEMAK BERATOM KARBON GENAP
Berdasarkan hasil penelitian Knoop pada tahun 1904 ini, mengawali pemahaman
mengenai jalur oksidasi asam lemak. Pada waktu itu, hewan penelitian yang digunakan
adalah anjing. Jika hewan tersebut diberi makan berbagai macam makanan yang mengandung
β-fenil asam karboksilat maka anjing tersebut akan mengekskresikan asan hipurat atau asan
fenil asetorat melalui urinnya. Apabila asam lemak (karboksilat) yang diberikan pada anjing
itu beratom C ganjil maka sekretnya adalah asam hipurat.
Dari data pengamatan itu, Knoop mengambil kesimpulan bahwa asam lemak yang
diberikan pada anjing tadi diubah menjadi fraksi-fraksi senyawa beratom C dua buah secara
berurutan. Pemecahan itu berlangsung melalui oksidasi atom C beta. Oleh karena itu jalur
pemecahan asam lemak tadi dinamakan β-oksidasi (Knoop). Pada pemecahan asam lemak
ganjil selain dihasilkan fraksi-fraksi C-2 juga senyawa beratom C-3 atau C-1 yang
selanjutnya setelah bergabung dengan glisin menjadi asam hipurat.
Pada tahun 1943 L. F. Leloir dan J. M.Munos mencoba mengoksidasi asam lemak
dengan menggunakan system bebas sel. Mereka menyatakan bahwa system tersebut sangat
stabil. Beberapa tahun setelah itu, A.L. Lehninger mengemukakan bahwa system oksidasi
asam lemak membutuhkan ATP. Ia juga berpendapat bahwa hasil oksidasi asam lemak
adalah senyawa yang beratom C sebanyak dua buah yang kemudian bisa masuk kedalam
lingkaran asam trikarboksilat.
Pada tahun 1984 E. P.Kennedy dan A. L. Lehninger melihat bahwa oksidasi itu hanya
berlangsung dalam mitokondria. Selanjutnya F. Lynen dan kawan-kawannya mendapatkan
bahwa aktivasi asam lemak tidak hanya dilakukan oleh ATP saja melainkan juga oleh KoA
SH yang menghasilkan asam lemak aktif dalam bentuk turunan KoA-nya. (Asil-S-KoA).
Enzim-enzim yang mengkatalisis oksidasi asam lemak telah dapat diisolasi dan dimurnikan
oleh Lynen. D. E. Grenn. S.Ochoa dan lain-lain.
Dari hasil penelitian para ahli tersebut diatas, disusunlah tahap-tahap reaksi oksidasi
asam lemak ke dalam sebuah siklus yang dinamakan siklus beta oksidasi.
Oksidasi asam lemak terjadi melalui 2 tahap, tahap pertama yaitu oksidasi asam
lemak berantai panjang menghasilkan residu asetil dalam bentuk asetil Ko-A dan tahap
kedua yaitu oksidasi residu asetil menjadi CO2. Kedua tahap tersebut terjadi di dalam
mitokondria. Namun, sebelum melalui kedua tahap tersebut asam lemak harus diaktifkan
terlebih dahulu dan diangkut ke dalam mitokondria.
Semua asam lemak yang ada dalam sitoplasma diaktifkan dan ditranspor masuk ke
dalam mitochondria dengan cara dan mekanisme yang sama
1. Transpor Asam Lemak ke Dalam Mitokondria
Katabolisme/oksidasi asam lemak berlangsung di dalam mitokondria. Asam lemak yang
menjadi bahan baku dalam proses tersebut berasal dari:
1. Makanan, asam lemak diterima oleh sel dari usus melalui sistem transportasi.
2. Mobilisasi asam lemak dari lipid simpanan, asam lemak yang diterima adalah hasil
hidrolisistriacylglicerol pada sel-sel adiposit yang prosesnya diinduksi oleh hormon.
Asam lemak yang berada di sitosol tidak dapat begitu saja menembus membran
mitokondria. Oleh karena itu diperlukan suatu mekanisme enzimatik yang dapat
membantu mentranspor asam lemak yang berada di dalam sitoplasma ke dalam
mitokondria. Proses ini dibagi menjadi 3 tahapan:
1. Tahap pertama dikatalisis oleh enzim yang terdapat pada membrane luar mitokondria
yaitu asil-KoAsintetase
Ada tiga jenis enzim yang mengaktifkan asam lemak. Jenis enzim yang mengkatalisa
tergantung dari panjang pendeknya rantai atom C asam lemak.
a) Asil-KoA sinteage adalah enzim yang mengaktifkan asam asetat, asam propionate
dan asam akrilat.
b) Asil-KoA sintease medium adalah golongan enzim yang mengkatalisa asam lemak
beratom C 4 sampai 12
c) Asil – KoA sintetase adalah asam lemak beratom C lebih dari 12.
Nama lain dari enzim – enzim tersebut adalah enzim tiokinase, reaksi aktivasinya
adalah
RCOO + ATP+ Koa-SH R-C-S-KoA + AMP + PPi
Dengan RCOOH melambangkan asam lemak berantai panjang dan PPi
menggambarkan pirofosfat anorganik. Pada reaksi ini, terbentuk suatu ikatan tioester
di antara gugus karboksil asam lemak dan gugus tiol koenzim A, menghasilkan asil
lemak KoA, bersamaan dengan itu, ATP mengalami penguraian, menghasilkan AMP
dan pirofosfat anorganik.
Walaupun reaksinya itu bolak-balik akan tetapi seimbang reaksinya cenderung
ke arah pembentukan asil-KoA. Hal itu disebabkan karena energi yang dihasilkan
pada hidrolisis ATP menjadi AMP dan pirofosfat besar. (Enersi bebas standar
hidrolisis ATP menjadi AMP dan PP kurang lebih -10,00 kkal sedangkan Asil-KoA
kurang lebih -7,520 kkal).
Senyawa pirofosfat yang dihasilkan di atas adalah sebuah anhidrida yang
mudah memecah menjadi 2 gugus fosfat. Pemecahan ini dikastalisa oleh
pirofosfatase.
P – P + H 2O 2 P an
Dari hal diatas dapat disimpulkan bahwa aktivasi asam lemak menjadi asil – KoA
didorong oleh hidrolisis dua senyawa fosfat energi tinggi .
2. Tahap kedua dikatalisis oleh enzim yang terdapat pada permukaan sebelah luar
membrane dalam mitokondria yaitu karnitinasiltransferase I
Asillemak-S-KoA + karnitin Asillemak-karnitin + KoA-SH
Ester asil-lemak-karnitin sekarang menembus melalui membrane dalam menuju
matriks mitokondria. Asil lemak-karnitin merupakan ester oksigen, sedangkan asil
lemak-KoA merupakan suatu tioester.
3. Tahap ketiga dikatalisis oleh enzim yang terdapat pada permukaan sebelah dalam
membrane dalam mitokondria yaitu karnitintransferase II
Asillemak-karnitin + KoA-SH asillemak-s-KoA + karnitin
Proses tiga tahap untuk memindahkan asam lemak ke dalam mitokondria
menyebabkab kumpulan (pool) KoA sitosol dan intramitokondria terpisah, karena
keduanya berbeda fungsinya. Kumpulan KoA mitokondria terutama dipergunakan ke
dalam degradasi oksidatif piruvat, asam lemak, dan beberaqpa asam amino,
sedangkan KoA sitosol dimanfaatkan di dalam biosintetis asam lemak.
Enzim pertama di dalam proses pemasukan asam lemak karnitin asil –
transferase I, merupakan enzim pengatur, dan mengontrol kecepatan masuknya gugus
asil asam lemak, dan karenanya, juga mengontrol kecepatan oksidasi asam lemak,
seperti akan kita lihat nanti.
Asil lemak – KoA sekarang siap untuk melangsungkan oksidasi komponen
asam lemak oleh serangkaian enzim spesifik di dalam matriks mitokondria
2. Oksidasi asam lemak di dalam mitokondria
Setelah asam lemak dapat memasuki mitokondria, oksidasi asam lemak terjadi
dalam dua tahap utama. Pada tahap pertama, asam lemak mengalami pelepasan unit 2 -
karbon berturut-turut secara oksidatif, mulai dari ujung karboksil rantai asam lemak,
dengan berulang-ulang melwati rangkaian enzim yang melepaskan satu unit asetil – 2 –
karbon pada sekali proses, dalam bentuk asetil – KoA.
Pada tahap kedua oksidasi asam lemak, residu 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 piruvat.
Kedua tahap oksidasi asam lemak mengakibatkan aliran atom hydrogen atau
electron yang bersangkutan melalui rantai transport electron pada mitokondria menjadi
oksigen. Yang berkaitan dengan aliran elektron ini adalah foforilasi oksidatif ADP
menjadi ATP. Jadi, enrgi yang dipindahkan pada kedua tahap oksidasi asam lemak
disimpan dalam bentuk ATP. Kedua tahap oksidasi tersebut dapat dijelaskan secara lebih
rinci sebagai berikut : Terdapat empat reaksi enzimatis yang terlibat dalam tahap
pertama oksidasi asam lemak dalam mitokondria ini, yaitu:
a. Reaksi pertama : Dehidrogenase pertama
Reaksi ini merupakan peristiwa oksidasi atau dehidrogenase yang pertama terhadap asam
lemak aktif. Enzim yang mengkatalisa adalah asil - KoA dehidrogenase .
setelah ester asil lemak Ko-A masuk ke dalam matriks, molekul itu mengalami
dehideogenasi enzimatik pada atom karbon α dan β (atom carbón 2 dan 3) untuk
membentuk ikatan ganda pada rantai karbon, dan karenanya menghasilkan statu trans-Δ2-
enoil – S – KoA sebagai produk, dalam tahap yang dikatalisa oleh dehidrogenase asil –
KoA, yaitu enzim (ditunjukkan oleh E) yang mengandung FAD sebagai gugus prostetik :
Asil lemak – S – KoA trans-Δ2-enoil – S – KoA
E – FAD E – FADH2
Pada reaksi ini, atom hidrogen yang dilepaskan dari asil lemak – KoA
dipindahkan ke FAD, yang merupakan gugus prostetik yang terikat kuat pada
dehidrogenasi asil – KoA. Bentuk tereduksi dehidrogenase ini lalu memberikan
elektronnya kepada molekul pebawa electron, yang disebut flavoprotein pemindahan
electron (ETFP), yang selanjutnya memindahkan pasangan elekrton ke ubikuinon pada
rantai respirasi mitokondria. Selama transport pasangan electron ini selanjutnya ke
oksigen oleh rantai respirasi, dua ATP dihasilkan oleh fosforilasi oksidatif.
b. Reaksi kedua : Hidrasi
Trans –menoil KoA yang terbentuk pada reaksi dehidrogenase di atas pada reaksi
berikutnya diubah ke dalam 3 – hidroksi – asil – KoA oleh enzim enoil – KoA hidrase.
Enzim ini menunjukkan spesifitas yang relatif oleh karena dapat pula menghidrasi
menghidrasi senyawa turunannya baik yang jenuh, tak jenuh, bentuk trans maupun bentuk
sis. Hasil hidrasinya pada asil KoA dengan ikatan ganda trans maka hasilnya adalah bentuk
L.
c. Reaksi ketiga : Dehidrogenasi kedua
Berbeda dengan dehidrogenasi yang pertama yang pertama yang dibantu oleh gugus
prostetis FAD maka dehidrogenasi yang kedua itu dibantu oleh NAD Pada tahap ini, L-3-
hidroksiasil –KoA didehidrogenasi untuk membentuk 3-ketoasil-KoA oleh kerja 3-
hidroksiasil-KoA dehidrogenase. Reaksinya adalah :
L-3-Hidroksiasil – S – KoA + NAD+ 3 – ketoasil – S – KoA + NADH + H+
Enzim ini benar-benar spesifik (100%) bagi stereoisomer L. NADH yang terbentuk
didalam reaksi ini lalu memberikan ekuivalen pereduksinya ke NADH dehidrogenase pada
rantai respirasi (gambar 18-17). Seperti pada semua subtract lain dari dehidrogenase yang
berkaitan dengan NAD pada mitokondira, tiga molekul ATP dihasilkan dari ADP per
pasangan electrón yang mengalir dari NADH ke oksigen melalui rantai transport electron.
d. Reaksi keempat : Tiolisis
Reaksi berikut ini adalah sebuah lisis yang disebabkan senyawa tiol. Senyawa terakhirnya
adalah K0ASH Tahap ke empat dan terakhir dari siklus oksidasi asam lemak dikatalisis
oleh asetil-KoA asetiltransferase (lebih dikenal sebagai tiolase), yang melangsungkan
reaksi 3-ketoasil-KoA dengan molekul dari KoA-SH bebes untuk membebaskan 2 karbon
Gambar: Dehidrogenasi I dan Hidratasi
karboksilterminal dari asam lemak asalnya, sebagai asetil-KoA, dan produk sisanya, yaitu
aster KoA dari asam lemak semula yang diperkecil dengan dua atom karbon
3-Ketoasil-S-KoA +Koa-SH asil lemak-S-KoA yang diperpendek + asetil-S-KoA
Dari tahapan reaksi oksidasi asam lemak diatas dapat diketahui bahwa setiap kali
asam lemak aktif itu menjalani siklus pemecahan dihasilkan molekul asetil K0A dan 2
pasang atom hidrogen.
Berikut adalah reaksi asam lemak yang akan menjadi miristoil – K0 A berlangsung sebagai
berikut :
Palmitoil – K0A + FAD + H2O + NAD + + K0A Miristoil – KoA + FADH2 +
NADH + H+ + asetil –KoA
Setelah pemisahan satu unit asetil-KoA dari palmitoil-KoA, kita berhadapan dengan
ester KoA asam lemak yang diperpendek, yaitu asam miristat 14-karbon. Miristoil KoA ini
sekarang dapat masuk ke dalam siklus oksidasi asam lemak dan mengalami rangkaian empat
rekasi 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 delapan molekul asetil-KoA.
Palmitoil-S-KoA + 7KoA-SH + 7FAD + 7NAD+ + 7H2O 8 asetil-S_koA +
7FADH2 + 7NADH + 7H+
3. Asetil-KoA dioksidasi melalui siklus Asam Sitrat
Gambar :
Dehidrogenasi kedua dan tiolisis
Asetil-KoA yang dihasilkan dari oksidasi asam lemak tidak berbeda dengan asetil-KoA
yang terbentuk dari piruvat. Gugus asetilnya, pada akhirnya akan dioksidasi menjadi CO2
dan H2O oleh lintas yang sama, yakni siklus asam sitrat. persamaan berikut adalah
persamaan yang menggambarkan neraca keseimbangan babak kedua di dalam oksidasi
asam lemak, yaitu oksidasi kedelapan molekul asetil-KoA yang dibentuk dari palmitoil-
KoA dengan fosforilasi yang terjadi bersamaan dengan itu :
8 asetil-S-KoA + 16O2 + 96Pi + 96ADP 8 KoA-SH + 96ATP + 104H2O + 16CO2
4. Kalkulasi energi yang dihasilkan (dalam bentuk ATP)
Setiap molekul FADH2 yang terbentuk selama oksidasi asam lemak memberikan sepasang
electron ke ubikuinon pada rantai respirasi; dan, ada dua molekul ATP yang dihasilkan
dari ADP dan fosfat selama terjadinya transport pasangan electron ke oksigen dan
fosforilasi oksidatif yang berkaitan dengan itu. Serupa dengan hal tersebut, setiap molekul
NADH yang terbentuk memindahkan sepasang elektron ke NADH dehidrogenase
mitokondria. Transport selanjutnya dari setiap pasang electron menuju oksigen
mengakibatkan pembentukan tiga molekul ATP dari ADP dan fosat. Jadi, lima molekul
ATP dibentuk per molekul aasetil-KoA yang dipindahkan pada setiap lintas yang melalui
rangkaian ini, yang terjadi pada jaringan hewan, seperti hati atau jantung.
Apabila 2 pasang hidrogen yang terbentuk itu dioksidasi melalui rantai transport elektron
– oksigen maka akan dihasilkan energi yang selanjutnya dapat disimpan dalam ATP.
Reaksi jumlahnya apabila fosforilasi oksidatif itu diikutsertakan adalah :
Palmitoil – K0A + K0ASH + O2 + 5 ADP + 5 Pan Miristoil - K0A + 5 ATP + 6
H2O + asetil - K0A
Apabila asam lemak tersebut sempurna dipecah menjadi fraksi C – 2 maka senyawa
tersebut harus menjalani tujuh siklus, dan reaksi jumlahnya adalah :
Palmitoil – K0A + 7 K0ASH + 7O2 + 35 ADP + Pan 8 asetil – K0A + 35 ATP + 42
H2O
Jadi pada pemecahan palmitoil – K0A melalui lingkaran, jalur β – oksidasi maka
energi yang dihasilkan disimpan ke dalam 35 ATP. Kedelapan asetil K0A yang terbentuk
di atas dapat masuk ke dalam jalur lingkaran asam trikarboksilat dan dioksidasi menjadi
CO2 dan H2O dengan reaksi :
8 Asetil – K0A + 16 O2 + 96 ADP + 96 Pan 16 CO2 + 96 ATP + 104 H2O + 8
K0ASH
Dengan demikian maka dapatlah reaksi jumlah oksidasi palmitoil – K 0A melalui β
oksidasi dan lingkaran asam trikarboksilat beserta fosforilasi oksidatifnya :
Palmitoil – K 0A + 23 O2 + 131 ADP + 131 Pan 16 CO2 + 146 H2O + 131 ATP
+ K0ASH
Jika pada reaksi aktivasi asam palmitat menjadi palmitiol – K0A dibutuhkan eqivalen
2 ATP maka hasil bersih ATP menjadi 129. Oleh karena itu dapatlah dihitung energi yang
dapat disimpan dalam bentuk ATP apabila asam palmitat dioksidasi sempurna menjadi
karbondioksida dan air yaitu 129 7.300 kal = 942 kkal. Dengan dasar bahwa asam
palmitat bila dioksidasi di luar sel menghasilkan 2.340 kkal per mol maka efisiensi
penyimpanan energi sel hidup dalam mengoksidasi 1 mol asam palmitat ialah :
Tahap yang
berkaitan dengan
NAD
Tahap yang
berkaitan dengan
FAD
ATP
Asil-KoA dehidrogenase 7 14
3-Hidroksiasil-KoA dehidrogenase 7 21
Isositrat dehidrogenase 8 24
Α-ketoglutarar dehidrogenase 8 24
Suksinil-KoA* sintetase 8
Suksinat dehidrogenase 8 16
Malat dehidrogenase 8 24
Total ATP yang terbentuk 131
* Anggaplah bahwa GTP yang terbentuk bereaksi dengan ADP menghasilkan ATP
OKSIDASI ASAM LEMAK TIDAK JENUH MEMERLUKAN 2 TAHAP ENZIMATIK TAMBAHAN
Asam lemak yang tidak jenuh banyak dijumpai dalam alam. Tiga diantaranya
termasuk dalam golongan asam lemak esensial yaitu asam linoleat, asam linolenat dan asam
arakhidonat. Pemecahan asam lemak-asam lemak tersebut pada dasarnya tidak berbeda dari
degradasi asam lemak jenuh yang telah diterangkan sebelumnya. Tetapi karena adanya ikatan
ganda, yang pada umumnya adalah sis, maka perlu ada cara khusus untuk menanganinya.
Dari tahapan reaksi oksidasi asam lemak jenuh dapat diketahui bahwa senyawa hasil antara
pemecahan asam lemak ada satu yang berikatan ganda. Bentuk ikatan tersebut adalah trans.
Oleh karena itu perlu adanya enzim khusus yang dapat mengubah bentuk ikatan dari sis
menjadi trans.
Melalui kerja 2 enzim pembantu, siklus oksidasi asam lemak yang dijelaskan di atas dapat
juga mengoksidasi asam lemak tidak jenuh yang biasa dimanfaatkan oleh sel sebagai bahan
bakar. Kerja 2 enzim ini, yang satu suatu isomerase, dan yang lain sebagai epimerase dapat
digambarkan oleh 2 contoh berikut.
Pertama, pada proses oksidasi asam oleat, suatu asam lemak tidak jenuh terdiri dari 18
karbon yang banyak dijumpai. Ikatan gandanya terjadi pada ikatan atom C nomor 9 dan 10
dan berbentuk sis. Oleil-KoA ini termasuk ke dalam jalur β-oksidasi dan secara bertahap
dipisahkan asetil-KoAnya. Asam oleat pertama-tama diubah menjadi oleil KoA yang
diangkut melalui membran mitokondria sebagai oleil-karnitin dan diubah menjadi oleil-KoA
di dalam matriks. Molekul oleil KoA memasuki 3 putaran melalui siklus oksidasi asam
lemak, menghasilkan 3 molekul asetil KoA dan ester KoA asam lemak tidak jenuh 12-
karbon, dengan ikatan ganda sisnya di antara karbon nomor 3 dan 4.
Produk ini tidak dapat dikatalis oleh enzim selanjutnya pada siklus asam lemak
normal, yaitu hidratase enoil-KoA, yang bekerja hanya terhadap ikatan ganda trans. Namun
demikian, dengan kerja satu di antara dua enzim pembantu, yaitu isomerase enoil-KoA, sis
Δ3-enoil-KoA diisomerasi menjadi trans-Δ2-enoil-KoA yang merupakan substrat normal bagi
enoil KoA hidratase, yang lalu mengubahnya menjadi L-3-hidroksiasil-KoA yang
bersangkutan. Produk ini sekarang dikatalis oleh enzim-enzim lainnya pada siklus asam
lemak, menghasilkan asetil KoA dan asam lemak jenuh 10 karbon sebagai ester KoA nya.
Senyawa yang terakhir ini mengalami 4 putaran lagi mengalami siklus normal asam lemak,
menghasikan 9 asetil KoA lainnya, dari satu molekul asam oleat 18 karbon.
Enzim pembantu lainnya, epimerase diperlukan untuk oksidasi banyak asam lemak
tidak jenuh. Sebagai contoh, asam linoleat dengan 18 karbon yang memiliki 2 ikatan ganda
sis, satu di antara karbon 9 dan 10 dan yang lain di antara karbon nomor 12 dan 13. Linoleil-
KoA mengalami 3 putaran melalui urutan oksidasi asam lemak baku yang telah kita kenal,
menghasilkan 3 molekul asetil-KoA dan ester KoA asam lemak tidak jenuh 12 karbon
dengan ikatan ganda sis di antara karbon 3 dan 4 seperti dalam oleil KoA, dan ikatan ganda
sis lainnya di antara karbon nomor 6 dan 7. Ikatan ganda sis pada Δ3 lalu diisomerisasi oleh
enoil-KoA isomerase menjadi trans Δ2-enoil-KoA, yang mengalami reaksi selanjutnya dari
urutan normal oksidatif, menghasilkan molekul asetil KoA. 1 putaran selanjutnya
menghasilkan asil lemak KoA tidak jenuh dengan 8 karbon, selain molekul asetil-KoA. Asil
lemak tersebut mengandung ikatan ganda sis Δ2. Molekul dapat dikatalisa oleh hidratase
enoil-KoA, tapi produknya dalam hal ini adalah D stereoisomer dari 3-hidroksiasil-KoA,dan
bukannya streoisomer L, yang biasanya terbentuk pada oksidasi asam lemak jenuh. Pada saat
ini, enzim pembantu yang kedua, yaitu epimerase 3-hidroksiasil KoA menjalankan
peranannya. Enzim ini melangsungkan epimerase D menjadi L-3-hidroksiasil-KoA yang
sekarang dapat melangsungkan reaksi normal menjadi asetil KoA dan 6 karbon molekul asil
KoA yang jenuh. Molekul ini lalu dioksidasi sepeti proses yang telah kita kenal,
menghasilkan tambahan 3 asetil KoA. Hasil keseluruhannya adalah bahwa asam linoleat di
ubah menjadi 9 asetil KoA dengan bantuan 2 enzim pembantu.
OKSIDASI ASAM LEMAK BERATOM KARBON GANJIL
Pemecahan Asam Lemak Asam ganjil jarang terdapat dalam alam. Apabila senyawa
tersebut terikat dalam makanan jasad nidup maka degradasinya berlangsung melalui
lingkaran β – oksidasi. Pada pemecahan yang terakhir dihasilkan pula senyawa beratom C
sebanyak 3 buah, yang disebut propionil - K0A.
Enzim yang mengubah asam propionate menjadi propionil – SKOA adalah tokniase atau
sintetase. Propionil - KoA yang terbentuk dari reaksi aktifasi atau dari degradasi asam amino (
valin, isoleusin ) mengalami karboksilasi enzimatik. Enzim mengkatalisa reaksi tersebut
adalah propionil K0A karboksilase mengandung gugus prostetis biotin, aktivasinya
tergantung dari ATP. Senyawa hasil dari reaksi karboksilasi ini adalah metil malonil - KOA.
Senyawa ini terdapat dalam 2 bentuk yaitu DS dan LR. Rasemasi antara 2dua bentuk itu
dikatalisa oluh enzim metil – malonil – KOA rasemase.
Asam lemak berantai karbon ganjil atau berukuran panjang, dioksidasi oleh lintas
yang sama seperti asam lemak berkarbon genap, dimulai pada ujung karboksil rantai ini.
Akan tetapi, substrat bagi putaran terakhir rangkaian oksidasi asam lemak adalah asil lemak
KoA, komponen asam lemaknya memiliki lima atom karbon. Bilamana molekul ini
teroksidasi dan lambat laun diuraikan, produknya adalah asetil KoA dan propionil KoA.
Propionil KoA diturunkandari tiga atom karbon terakhir asam lemak berantai karbon panjang
dengan jumlah karbon ganjil. Molekul asetil KoA dioksidasi melalui siklus asam sitrat, tetapi
propionil KoA yang diturunkan dari asam lemak berkarbon ganjil dan sumber-sumber lain
masuk ke dalam lintas enzimatik yang agak menyimpang. Propionil KoA dikarboksilasi
menjadi stereoisomer D molekul metil malonil KoA oleh enzim mengandung biotin
dinamakan karboksilase propionil KoA. Pada reaksi ini, bikarbonat menjadi pemula gugs
karboksil yang baru dan ATP memberikan energi yang diperlukan untuk membentuk ikatan
kovalen baru melalui pemotongan pirofosfatnya, mengahasilkan AMP dan pirofosfat:
Propionil KoA + ATP + CO2 D-metilmalonil-KoA + AMP + Ppi
Mg2+ juga diperlukan di dalam rekasi ini. D-metilmalonil KoA yang
dibentuk ini lalu mengalami epimerasi enzimatik membentuk stereoisomer L-nya oleh
kerja metilmalonil epimerase.
D-Metilmalonil – KoA L-Metilmalonil KoA
D-Metilmalonil-KoA Sekarang mengalami penyusunan intramolecular yang
paling aneh penyusunannya kembali membentuk suksinil-KoA, yang dikatalisis oleh
Gambar : karboksilasi propionil KoA menjadi D-metilmalonil-KoA, dan perubahannya menjadi suksinil-KoA.
metil malonil KoA mutase, yang memerlukan deoksiadonasilkobalamin sebagai
koenzim. Molekul ini merupakan bentuk koenzim dari vitamin B12 atau kobalamin.
L-Metilmalonil –KoA Suksinil KoA
Suksinil KoA tentulah merupakan statu senyuawa antara siklus asam sitrat dan
akhirnya berubah menjadi oksaloasetat . Urutan reaksi metabolik dari propionil KoA menjadi
suksinil KoA ini mungkin kelihatannya seperti cara yang sulit untuk menghasilkan perubahan
keseluruhan ini . Seseorang mungkin mengira bahwa suksinil-KoA dapat dibuat dalam satu
tahap dengan melekatkan CO2 kepada karbon nomor 3dari bagian asam propionate pada
molekul propionil –KoA. Sebaliknya , sel telah memilh menempatkan CO2 pada sisi carbón
no.2 secara “benar” ,yaitu, membentuk L-metilmalonil –KoA kelihatannya akan cukup
sederhana untuk memindahkan gugus karboksil dari carbón 2 ke carbón 2 pada gugus
propionil ini
.
Gambar : penyusunan kembali intramolekuler di dalam reaksi metilmalonil-KoA mutase
Sebaliknya, bahkan gugus CO-S-KoA yang demikian “besar” itulah yang
dipindahkan, dengan bantuan koenzim deoksiadonesilkobalamin yang kompleks. Di sini,
kembali kita dapat mengagap bahwa sel telah belajar untuk memecahkan problema kimiawi
yang sulit, dengan mengambil jalan berputar.
Reaksi mutase metilmalonil-KoA merupakan reaksi yang luar biasa. Reaksi ini terdiri
dari pertukaran gugus - CO-S-KoA pada atom carbón 2 pada gugus propianil asl dari
metilmalonil-KoA , bagi statu atom H pada atom carbón 3. Ini adalah satu reaksi enzimatik
yang relatif panjang. Di sini terjadi pertukaran statu gugus akil atau alkil tersubstitusi dengan
atom hidrogen pada karbon berikutnya. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini semuanya
mengandung S’-deoksiadenasilkobalamin. Pada dasarnya penurunan penyerapan vitamin
B12 pada usus menyebabkan penyakit anemi perniosa. Ternyata, metilmalonil KoA
merupakan senyawa antara bukan hanya di dalam oksidasi asam lemak berkarbon ganjil,
tetapi juga di dalam degradasi oksidatif ketiga asam amino, yaitu, metionin, valin, dan
isoleusin.
PEMBENTUKAN SENYAWA KETON DALAM HATI DAN OKSIDASNYA PADA ORGAN LAIN
Pada manusia dan kebanyakan mamalia lainnya, metabolisme selanjutnya dari asetil
KoA yang terbentuk pada oksidasi asam lemak pdapat terjadi melalui 2 jalur di dalam hati.
Jalur pertama adalah oksidasi melalui siklus asam sitrat, seperti yang telah dijelaskan. Jalur
lain menyebabkan pembentukan asetoasetat dan D-β-hidroksibutirat yang bersama-sama
dengan aseton secara kolektif dinamakan senyawa keton. Asetoasetat dan β-hidroksibutirat
tidak dioksidasi lebih lanjut di dalam hati, tetapi diangkut oleh darah menuju jaringan
periferi, tempat senyawa ini dioksidasi melalui siklus asam sitrat. Tahap pertama dalam
pembentukan asetoasetat di dalam hati adalah kondensasi enzimatik 2 molekul asetil KoA
yang dikatalisis oleh tiolase
Asetil-S-KoA + asetil-S-KoA ↔ asetoasetil-S-KoA + KoA-SH
Asetoasetil KoA lalu mengalami pelepasan KoA menjadi asetoasetat bebas dalam rangkaian
2 reaksi yang akhirnya diberikan oleh persamaan keseluruhan ini
Asetoasetil-S-KoA + H2 O → asetoasetat + KoA-SH
Asetoasetat bebas yang dihasilkan direduksi secara dapat balik oleh D-β-hidroksibutirat
dehidrogenase, suatu enzim mitokondria menjadi D-β-hidroksibutirat:
Asetoasetat + NADH + H+ ↔ D-β-hidroksibutirat + NAD+
Enzim ini spesifik bagi srereoisomer D;dan tidak mengkatalisis L-β-hidroksiasil-KoA. Jadi
dehidrogenase D-β-hidroksibutirat jangan dikacaukan dengan L-3hidroksil-KoA
dehidrogenase. Asetoasetat juga merupakan pemula aseton, yang dibentuk dalam jumlah
sedikit, bilamana asetoasetat yang merupakan molekul tidak stabil, kehilangan gugus
karboksilnya secara spontan atau oleh kerja asetoasetat dekarboksilase
CH3 S C S CH2 S COO- + H+ → CH3 S C S CH3 + CO2
║ ║
O O
Asetoasetat Aseton
Aseton, suatu senyawa mudah menguap, terdapat dalam jumlah banyak di dalam darah
penderita diabetes. Aseton menyebabkan bau manis yang khas pada napasnya, dan seringkali
disalah artikan sebagai pecandu alkohol. Asetoasetat bebas dan D-β-hidroksibutirat yang
dihasilkan dari reaksi di atas lalu berdifusi ke luar dari sel hati; menuju aliran darah, dan
diangkut ke jaringan periferi.
Tujuan pembentukan senyawa keton adalah untuk mrngalihkan sebagian asetil-KoA
yang terbentuk asam lemak di dalam hati dari oksidasi selanjutnya pada organel ini, dan
untuk mengangkutnya dalam bentuk senyawa keton menuju jaringan lain untuk dioksidasi
menjadi CO2 dan H2O. Pembentukan senyawa keton merupakan lintas yang “melimpah”. Ini
adalah salah satu cara yang dipergunakan oleh hati untuk mendistribusikan bahan bakar ke
bagian lain dari tubuh. Biasanya, konsentrasi senyawa keton di dalam darah amat rendah,
tetapi pada orang yang berpuasa atau pada penderita diabetes melitus, konsentrasi ini dapat
meningkat pesat. Keadaan ini yang dikenal sebagai ketosis, terjadi apabila kecepatan
pembentukan senyawa keton oleh hati melebihi kapasitas jaringan periferi untuk
memanfaatkannya. Pada penderita diabetes, jaringan tidak dapat memanfaatkan glukosa dari
darah. Akibatnya hati mencoba mengatasi ini dengan menguraikan lebih banyak asam lemak
sebagai bahan bakar, tetapi hal ini menyebabkan kelebihan produksi senyawa keton oleh hati,
melebihi kemempuan jaringan periferi untuk mengoksidanya.
Pada jaringan periferi, D-β-hidroksibutirat dioksidasi menjadi asetoasetat oleh D-β-
hidroksibutirat dehidrogenase :
D-β-Hidroksibutirat + NAD+ ↔ acetoasetat + NADH + H+
Asetoasetat yang terbentuk lalu diaktifkan, membentuk ester KoA-nya dengan
memindahkan KoA dari suksinil KoA, yang merupakan senyawa antara pada siklus asam
sitrat. Reaksi ini terjadi oleh aktifitas katalitik 3-ketoasil-KoA transferase :
Suksinil-S-KoA + asetoasetat ↔ suksinat + asetoasetil-S-KoA
Asetoasetil-KoA yang terbentuk lalu diuraikan oleh tiolase menjadi asetil KoA
Asetoasetil-S-KoA + KoA-SH ↔ 2 asetil-S-KoA
Asetil KoA yang dihasilkan lalu memasuki siklus asam sitrat untuk menyempurnakan
oksidasinya dalam jaringan periferi.
PENGATURAN OKSIDASI ASAM LEMAK DAN PEMBENTUKAN SENYAWA
KETON
Di dalam hati, asil lemak KoA yang dibentuk pada sitosol dihadapkan pada 2
alternatif lintas utama: (1) oksidasi di dalam mitokondria atau (2) pengubahan menjadi
triasilgliserol dan fosfolipid oleh enzim-enzim di dalam sitosol. Lintas mana yang dilalui
tergantung kepada kecepatan pemindahan asil lemak-KoA berantai panjang ke dalam
mitokondria. Proses pengangkutan membrane 3 tahap yang membawa gugus asil lemak dari
asil lemak KoA sitosol ke dalam matriks mitokondria melalui kaenitin merupakan tahap
pengatur kecepatan oksidasi asam lemak. Sekali, gugus asil lemak ini masuk ke dalam
mitokondria, senyawa ini harus melakukan oksidasi menghasilkan asetil-KoA.
Karnitin asiltransferase I, yang mengkatalisis pemindahan gugus asil lemak dari asil
lemak-KoA menuju karnitin di luar daerah matriks, merupakan enzim alosterik. Enzim ini
secara spesifik dihambat oleh modulatornya,, malonil-KoA. Molekul ini merupakan senyawa
antara pertama di dalam biosintesis asam lemak berantai panjang dari asetil-KoA yang terjadi
sitosol. Malonil KoA meningkat bilamana hewan cukup diberikan karbohidrat, karena
kelebihan glukosa yang tidak dapat dioksidasi atau disimpan sebagai glikogen diubah di
dalam sitosol menjadi triasilgliserol untuk disimpan. Jadi, oksidasi asam lemak dihentikan
bilamana hati cukup memperoleh glukosa sebagai bahan bakar dan secara aktif membuat
triasilgliserol dari kelebihan glukosa. Terhentinya oksidasi asam lemak terjadi melalui
penghambatan alosterik terhadap masuknya gugus asil lemak ke dalam mitokondria.
Bilamana asetil KoA telah dibentuk oleh oksidasi asam lemak di dalm mitokondria
hati, ada 2 kemungkinan proses selanjutnya: asetil-KoA dapat dioksidasi menjadi CO2
melalui siklus asam sitrat, atau molekul ini dapat diubah menjadi senyawa keton untuk
dikirim ke jaringan periferi. Yang terutama menentukan lintas yang dilalui asetil-KoA di
dalam mitokondria hati adalah tersedianya oksaloasetat untuk memulai masuknya astil-KoA
ke dalam siklus asam sitrat. Bilamana konsentrasi oksaloasetat amat rendah, hanya sedikit
asetil KoA yang masuk ke dalam siklus; sehingga jalur pembentukan senyawa keton-lah yang
cenderung dilalui. Konsentrasi oksaloasetat cenderung rendah bilamana hewan yang
bersangkutan berpuasa atau dalam keadaan diet karbohidrat rendah. Dalam hal ini, kecepatan
oksidasi asam lemak meningkat dan sejumlah besar asetil-KoA yang terbentuk diubah
malalui hidroksimetilglutaril KoA menjadi asetoasetat bebas dan D-β-hidroksibutirat bebas
yang mengalir menuju jaringan periferi. Di sini, senyawa keton berperan sebagai bahan bakar
utama dan dioksidasi menjadi CO2 dan H2O melalui siklus asam sitrat.
DAFTAR PUSTAKA
Campbell, Reece, and Mitchell. 2002. Biologi Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Penerbit
Erlangga.
Lehninger, Albert. 1993. Dasar-Daasar Biokimia. Bogor: Penerbit Erlangga.
Martoharsono, Soeharsono. 2006. Biokimia I. Yogyakarta:UGM Press.
Poedjiadi, Ana dan Titin Supriyanti.2005. Dasar-Dasar Biokimia. Bandung: UIP.
Stryer, Lubert.1996. Biokimia jilid II. Jakarta : Penerbit Buku Kedokteran EGC