Download - KATABOLISME LEMAK
KATABOLISME LEMAK
Jika sumber energi dari karbohidrat telah mencukupi, maka asam lemak mengalami
esterifikasi yaitu membentuk ester dengan gliserol menjadi trigliserida sebagai cadangan
energi jangka panjang. Katabolisme lemak dimulai dengan pemecahan lemak menjadi
gliserol dan asam lemak. Gliserol yang merupakan senyawa dengan 3 atom C dapat dirubah
menjadi gliseral dehid 3-fosfat. Selanjutnya gliseral dehid 3-fosfat mengikuti jalur glikolisis
sehingga terbentuk piruvat. Sedangkan asam lemak dapat dipecah menjadi molekul-molekul
dengan 2 atom C. Molekul dengan 2 atom C ini kemudian diubah menjadi asetil koenzim A
dapat dihitung satu. Sehingga jika sewaktu-waktu tak tersedia sumber energi dari karbohidrat
barulah asam lemak dioksidasi. Proses oksidasi asam lemak dinamakan oksidasi beta dan
menghasilkan asetil KoA. Selanjutnya sebagaimana asetil KoA dari hasil metabolisme
karbohidrat dan protein, asetil KoA dari jalur inipun akan masuk ke dalam siklus asam sitrat
sehingga dihasilkan energi (Nugroho, 2009). Lebih lanjut Nugroho menguraikan proses
metabolisme asam lemak sebagai berikut.
1. Katabolisme Gliserol
Gliserol sebagai hasil hidrolisis lipid (trigliserida) dapat menjadi sumber energi. Gliserol
ini selanjutnya masuk ke dalam jalur metabolisme karbohidrat yaitu glikolisis. Pada tahap
awal, gliserol mendapatkan 1 gugus fosfat dari ATP membentuk gliserol 3-fosfat.
Selanjutnya senyawa ini masuk ke dalam rantai respirasi membentuk dihidroksi aseton fosfat,
suatu produk antara dalam jalur glikolisis.
Enzim gliserokinase mengkatalisis reaksi :
Gliserol → Gliserol 3-fosfat
Dalam reaksi ini diperlukan ATP dan menghasilkan ADP. Enzim ini terutama terdapat
dalam hati dan ginjal. Enzim gliserol 3-fosfat dehidrogenase mengkatalisis reaksi :
Gliserol 3-fosfat → Dihidroksi aseton fosfat ( DHAP )
B. Asam Lemak (β Oksidasi)
Untuk memperoleh energi, asam lemak dapat dioksidasi dalam proses yang dinamakan
oksidasi beta. Sebelum dikatabolisir dalam oksidasi beta, asam lemak harus diaktifkan
terlebih dahulu menjadi asil-KoA. Dengan adanya ATP dan Koenzim A, asam lemak
diaktifkan dengan dikatalisir oleh enzim asil-KoA sintetase (Tiokinase).
Gamabr 1. Aktivasi asam lemak menjadi asil KoA
Asam lemak bebas pada umumnya berupa asam-asam lemak rantai panjang. Asam lemak
rantai panjang ini akan dapat masuk ke dalam mitokondria dengan bantuan senyawa karnitin,
dengan rumus (CH3)3N+-CH2-CH(OH)-CH2-COO-.
Membran mitokondria interna
Karnitin palmitoil transferase II
Karnitin Asil karnitintranslokaseKoAKarnitinAsil karnitinAsil-KoAAsil karnitinBeta oksidasi
Membran mitokondria eksterna
ATP + KoAAMP + PPiFFAAsil-KoAAsil-KoA sintetase
(Tiokinase)Karnitin palmitoil transferase
IAsil-KoAKoAKarnitinAsil karnitin
Gambar 2. Mekanisme transportasi asam lemak trans membran mitokondria melalui
mekanisme pengangkutan karnitin
Langkah-langkah masuknya asil KoA ke dalam mitokondria dijelaskan sebagai berikut:
1. Asam lemak bebas (FFA) diaktifkan menjadi asil-KoA dengan dikatalisir oleh enzim
tiokinase.
2. Setelah menjadi bentuk aktif, asil-KoA dikonversikan oleh enzim karnitin palmitoil
transferase I yang terdapat pada membran eksterna mitokondria menjadi asil karnitin. Setelah
menjadi asil karnitin, barulah senyawa tersebut bisa menembus membran interna
mitokondria.
3. Pada membran interna mitokondria terdapat enzim karnitin asil karnitin translokase yang
bertindak sebagai pengangkut asil karnitin ke dalam dan karnitin keluar.
4. Asil karnitin yang masuk ke dalam mitokondria selanjutnya bereaksi dengan KoA dengan
dikatalisir oleh enzim karnitin palmitoiltransferase II yang ada di membran interna
mitokondria menjadi Asil Koa dan karnitin dibebaskan.
5. Asil KoA yang sudah berada dalam mitokondria ini selanjutnya masuk dalam proses oksidasi
beta.
Dalam oksidasi beta, asam lemak masuk ke dalam rangkaian siklus dengan 5 tahapan
proses dan pada setiap proses, diangkat 2 atom C dengan hasil akhir berupa asetil KoA.
Selanjutnya asetil KoA masuk ke dalam siklus asam sitrat. Dalam proses oksidasi ini, karbon
β asam lemak dioksidasi menjadi keton.
Gamabr 3. Oksidasi karbon β menjadi ketonKeterangan: Frekuensi oksidasi β adalah (½ jumlah atom C)-1
Jumlah asetil KoA yang dihasilkan adalah (½ jumlah atom C)
Gambar 4. Oksidasi asam lemak dengan 16 atom C. Perhatikan bahwa setiap proses
pemutusan 2 atom C adalah proses oksidasi β dan setiap 2 atom C yang diputuskan adalah
asetil KoA.
Gambar 5. Aktivasi asam lemak, oksidasi beta dan siklus asam sitrat
Telah dijelaskan bahwa asam lemak dapat dioksidasi jika diaktifkan terlebih dahulu
menjadi asil-KoA. Proses aktivasi ini membutuhkan energi sebesar 2P. (-2P)
Setelah berada di dalam mitokondria, asil-KoA akan mengalami tahap-tahap perubahan
sebagai berikut:
1. Asil-KoA diubah menjadi delta2-trans-enoil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai respirasi
dengan menghasilkan energi 2P (+2P)
2. delta2-trans-enoil-KoA diubah menjadi L(+)-3-hidroksi-asil-KoA
3. L(+)-3-hidroksi-asil-KoA diubah menjadi 3-Ketoasil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai
respirasi dengan menghasilkan energi 3P (+3P)
4. Selanjutnya terbentuklah asetil KoA yang mengandung 2 atom C dan asil-KoA yang telah
kehilangan 2 atom C.
Dalam satu oksidasi beta dihasilkan energi 2P dan 3P sehingga total energi satu kali
oksidasi beta adalah 5P. Karena pada umumnya asam lemak memiliki banyak atom C, maka
asil-KoA yang masih ada akan mengalami oksidasi beta kembali dan kehilangan lagi 2 atom
C karena membentuk asetil KoA. Demikian seterusnya hingga hasil yang terakhir adalah 2
asetil-KoA. Asetil-KoA yang dihasilkan oleh oksidasi beta ini selanjutnya akan masuk siklus
asam sitrat.
C. Reaksi β Oksidasi
1. 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.
2. 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.
Gambar Dehidrogenasi I dan Hidrasi
3. Reaksi ketiga : Dehidrogenasi kedua
Berbeda dengan dehidrogenasi 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.
4. 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
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
Gambar Dehidrogenasi kedua dan tiolisis
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+
Asetil-KoA yang dihasilkan oleh oksidasi beta ini selanjutnya akan masuk siklus asam sitrat.
D. Asetil-KoA dioksidasi melalui siklus Asam Sitrat
Gambar daur asam sitrat
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
E. 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
H2
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 FADATP
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
F. 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.
G. Oksidasi asam lemak beratom karbon ganjil
Asam lemak dengan atom karbon ganjil jarang ditemui di alam. Cara oksidasi asam
lemak beratom karbon ganjil adalah sama dengan oksidasi asam lemak beratom karbon
genap, kecuali pada daur akhir degradasi akan terbentuk propionil KoA dan asetil KoA,
bukan dua molekul asetil KoA. Unit tiga karbon aktif pada jalur propionil KoA memasuki
daur asam sitrat setelah diubah menjadi suksinil KoA.
Gambar perubahan propionil KoA menjadi suksinil KoA
Propionil KoA mengalami karboksilasi menggunakan ATP dan menghasilkan metal-
malonil KoA isomer D. Malonil KoA mengalami rasemasi menjadi isomer L, suatu substrat
untuk enzim mutase yang mengubahnya menjadi suksinil KoA.
Suksinil KoA dibentuk dari L metalmalonil KoA melalui penataan kembali intramolekul.
Gugus –CO-S-KoA bergeser dari C-2 ke C-3 menggantikan atom H. Isomerasi yang sangat
tidak biasa ini dikatalisis oleh enzim metilmalonil KoA mutase, satu dari dua enzim mamalia
yang diketahui mengandung derivate vitamin B12 sebagai koenzimnya. Jalur dari propionil
KoA ke suksinil KoA juga berperan sebagai tempat masuk untuk beberapa karbon dari
metionin, isoleusin, dan valin.
DAFTAR PUSTAKA
Stryer L, 1996, Biokimia, Edisi IV, Penerjemah: Sadikin dkk (Tim Penerjemah Bagian Biokimia FKUI), Jakarta: EGC
Wirahadikusumah, Muhammad. 1985. Biokimia Metabolisme Energi, Karbohidrat, dan Lipid. Bandung: ITB
Lehningher, Albert L. 1982. Dasar-dasar Biokimia Jilid 1. Jakarta : ErlanggaMurray, Robert K., Daryl K. Graner, Victor W. Rodwell. Biokimia Harper Edisi 27. 2006. Jakarta :
EGC
METABOLISME LEMAK/LIPID
MACAM LEMAK
Lemak biologis yang terpenting: lemak netral (trigliserida), fosfolipid, steroid
Asam lemak:
1. Asam palmitat: CH3(CH2)14-COOH
2. Asam stearat: CH3(CH2)16-COOH
3. Asam oleat: CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
Trigliserida: ester gliserol + 3 asam lemak
Fosfolipid: ester gliserol + 2 asam lemak + fosfat
Steroid: kolesterol dan turunanya (hormon steroid, asam lemak dan vitamin)
ABSORPSI LEMAK
Lemak diet diserap dalam bentuk: kilomikron → diabsorpsi usus halus masuk
ke limfe (ductus torasikus) → masuk darah
Kilomikron dalam plasma disimpan dalam jaringan lemak (adiposa) dan hati
Proses penyimpananya: kilomikron dipecah oleh enzim lipoprotein lipase
(dalam membran sel) → asam lemak dan gliserol
Didalam sel asam lemak disintesis kembali jadi trigliserida (simpanan lemak)
MACAM LEMAK PLASMA
Asam lemak bebas (FFA= free fatty acid) → ada dalam plasma darah dan
terikat dengan albumin
Kolesterol, trigliserida dan fosfolipid → dalam plasma berbentuk lipoprotein
1. Kilomikron
2. VLDL: very low density lipoprotein
3. IDL: intermediate density lipoprotein
4. LDL: low density lipoprotein
5. HDL: high density lipoprotein
ASAM LEMAK BEBAS
Bila lemak sel akan digunakan untuk energi → simpanan lemak (trigliserida)
dihidrolisis menjadi asam lemak dan gliserol (oleh enzim lipase sel)
Asam lemak berdiffusi masuk aliran darah sebagai asam lemak bebas (Free
Fatty Acid) dan berikatan dengan albumin plasma
PENGGUNAAN FFA SEBAGAI ENERGI
FFA dalam plasma dibawa ke mitokondria dengan carrier Karnitin
FFA dalam sel dipecah menjadi asetil koenzim-A dengan beta oksidasi
Asetil koenzim-A hasil beta oksidasi → masuk siklus Krebs untuk diubah
menjadi H dan CO2
METABOLISME LEMAK
Ada 3 fase:
1. β oksidasi
2. Siklus Kreb
3. Fosforilasi Oksidatif
BETA OKSIDASI
Proses pemutusan/perubahan asam lemak → asetil co-A
Asetil co-A terdiri 2 atom C → sehingga jumlah asetil co-A yang dihasilkan =
jumlah atom C dalam rantai carbon asam lemak : 2
Misal: asam palmitat (C15H31COOH) → β oksidasi → ?? asetil co-A
CONTOH ASAM LEMAK
NAMA UMUM RUMUS NAMA KIMIA
Asam oleat C17H33COOH Oktadeca 9-enoad
As risinoleat C17H32(OH)-COOH 12 hidroksi okladeca -9-enoad
Asam linoleat C17H31COOH Okladeca-9,12 dienoad
As linolenat C17H29COOH Okladeca-9,12,15 trienoad
As araksidat C19H39COOH Asam eicosanoad
SIKLUS KREBS
Proses perubahan asetil ko-A → H + CO2
Proses ini terjadi didalam mitokondria
Pengambilan asetil co-A di sitoplasma dilakukan oleh: oxalo asetat → proses
pengambilan ini terus berlangsung sampai asetil co-A di sitoplasma habis
Oksaloasetat berasal dari asam piruvat
Jika asupan nutrisi kekurangan KH → kurang as. Piruvat → kurang
oxaloasetat
KETOSIS
Degradasi asam lemak → Asetil KoA terjadi di Hati, tetapi hati hanya
mengunakan sedikit asetil KoA → akibatnya sisa asetil KoA berkondensasi membentuk
Asam Asetoasetat
Asam asetoasetat merupakan senyawa labil yang mudah pecah menjadi: Asam
β hidroksibutirat dan Aseton.
Ketiga senyawa diatas (asam asetoasetat, asam β hidroksibutirat dan aseton)
disebut BADAN KETON.
Adanya badan keton dalam sirkulasi darah disebut: ketosis
Ketosis terjadi saat tubuh kekurangan karbohidrat dalam asupan makannya →
kekurangan oksaloasetat
Jika Oksaloasetat menurun → maka terjadi penumpukan Asetil KoA didalam
aliran darah → jadi badan keton → keadaan ini disebut KETOSIS
Badan keton merupakan racun bagi otak → mengakibatkan Coma, karena
sering terjadi pada penderita DM → disebut Koma Diabetikum
Ketosis terjadi pada keadaan :
Kelaparan
Diabetes Melitus
Diet tinggi lemak, rendah karbohidrat
RANTAI RESPIRASI
H adalah hasil utama dari siklus Krebs ditangkap oleh carrier NAD menjadi
NADH
H dari NADH ditransfer ke → Flavoprotein → Quinon → sitokrom b →
sitokrom c →sitokrom aa3 → terus direaksikan dengan O2 → H2O + Energi
Rangkaian transfer H dari satu carrier ke carrier lainya disebut Rantai
respirasi
Rantai Respirasi terjadi didalam mitokondria → transfer atom H antar carrier
memakai enzim Dehidrogenase → sedangkan reaksi H + O2 memakai enzim Oksidase
Urutan carrier dalam rantai respirasi adalah: NAD → Flavoprotein → Quinon →
sitokrom b → sitokrom c → sitokrom aa3 → direaksikan dengan O2 → H2O + Energi
FOSFORILASI OKSIDATIF
Dalam proses rantai respirasi dihasilkan energi yang tinggi → energi tsb
ditangkap oleh ADP untuk menambah satu gugus fosfat menjadi ATP
Fosforilasi oksidatif adalah proses pengikatan fosfor menjadi ikatan berenergi
tinggi dalam proses rantai respirasi
Fosforilasi oksidatif → proses merubah ADP → ATP (dengan menngunakan
energi hasil reaksi H2 + O2 → H2O + E)
SINTESIS TRIGLISERIDA DARI KARBOHIDRAT
Bila KH dalam asupan lebih banyak dari yang dibutuhkan → KH diubah jadi
glikogen dan kelebihanya diubah jadi trigliserida → disimpan dalam jaringan adiposa
Tempat sintesis di hati, kemudian ditransport oleh lipoprotein ke jaringan
disimpan di jaringan adiposa sampai siap digunakan tubuh
SINTESIS TRIGLISERIDA DARI PROTEIN
Banyak asam amino dapat diubah menjadi asetil koenzim-A
Dari asetil koenzim-A dapat diubah menjadi trigliserida
Jadi saat asupan protein berlebih, kelebihan asam amino disimpan dalam
bentuk lemak di jaringan adipose
PENGATURAN HORMON ATAS PENGGUNAAN LEMAK
Penggunaan lemak tubuh terjadi pada saat kita gerak badan berat
Gerak badan berat menyebabkan pelepasan epineprin dan nor epineprin
Kedua hormon diatas mengaktifkan lipase trigliserida yang sensitif hormon →
pemecahan trigliserida → asam lemak
Asam lemak bebas (FFA) dilepas ke darah dan siap untuk dirubah jadi energi
DAFTAR PUSTAKA
Harper, Rodwell, Mayes, 1977, Review of Physiological Chemistry
Colby, 1992, Ringkasan Biokimia Harper, Alih Bahasa: Adji Dharma, Jakarta, EGC
Wirahadikusumah, 1985, Metabolisme Energi, Karbohidrat dan Lipid, Bandung, ITB
Harjasasmita, 1996, Ikhtisar Biokimia dasar B, Jakarta, FKUI
Toha, 2001, Biokimia, Metabolisme Biomolekul, Bandung, Alfabeta
Poedjiadi, Supriyanti, 2007, Da sa r-dasar Biokimia , Bandung, UI Press
Metabolisme lipid
Lipid yang kita peroleh sebagai sumber energi utamanya adalah dari lipid netral, yaitu trigliserid (ester antara gliserol dengan 3 asam lemak). Secara ringkas, hasil dari pencernaan lipid adalah asam lemak dan gliserol, selain itu ada juga yang masih berupa monogliserid. Karena larut dalam air, gliserol masuk sirkulasi portal (vena porta) menuju hati. Asam-asam lemak rantai pendek juga dapat melalui jalur ini.
Struktur miselus. Bagian polar berada di sisi luar, sedangkan bagian non polar berada di sisi dalam
Sebagian besar asam lemak dan monogliserida karena tidak larut dalam air, maka diangkut oleh miselus (dalam bentuk besar disebut emulsi) dan dilepaskan ke dalam sel epitel usus (enterosit). Di dalam sel ini asam lemak dan monogliserida segera dibentuk menjadi trigliserida (lipid) dan berkumpul berbentuk gelembung yang disebut kilomikron. Selanjutnya kilomikron ditransportasikan melalui pembuluh limfe dan bermuara pada vena kava, sehingga bersatu dengan sirkulasi darah. Kilomikron ini kemudian ditransportasikan menuju hati dan jaringan adiposa.
Struktur kilomikron. Perhatikan fungsi kilomikron sebagai pengangkut trigliserida
Simpanan trigliserida pada sitoplasma sel jaringan adiposa
Di dalam sel-sel hati dan jaringan adiposa, kilomikron segera dipecah menjadi asam-asam lemak dan gliserol. Selanjutnya asam-asam lemak dan gliserol tersebut, dibentuk kembali menjadi simpanan trigliserida. Proses pembentukan trigliserida ini dinamakan esterifikasi. Sewaktu-waktu jika kita membutuhkan energi dari lipid, trigliserida dipecah menjadi asam lemak dan gliserol, untuk ditransportasikan menuju sel-sel untuk dioksidasi menjadi energi. Proses pemecahan lemak jaringan ini dinamakan lipolisis. Asam lemak tersebut ditransportasikan oleh albumin ke jaringan yang memerlukan dan disebut sebagai asam lemak bebas (free fatty acid/FFA).
Secara ringkas, hasil akhir dari pemecahan lipid dari makanan adalah asam lemak dan gliserol. Jika sumber energi dari karbohidrat telah mencukupi, maka asam lemak mengalami esterifikasi yaitu membentuk ester dengan gliserol menjadi trigliserida sebagai cadangan energi jangka panjang. Jika sewaktu-waktu tak tersedia sumber energi dari karbohidrat barulah asam lemak dioksidasi, baik asam lemak dari diet maupun jika harus memecah cadangan trigliserida jaringan. Proses pemecahan trigliserida ini dinamakan lipolisis.
Proses oksidasi asam lemak dinamakan oksidasi beta dan menghasilkan asetil KoA. Selanjutnya sebagaimana asetil KoA dari hasil metabolisme karbohidrat dan protein, asetil KoA dari jalur inipun akan masuk ke dalam siklus asam sitrat sehingga dihasilkan energi. Di sisi lain, jika kebutuhan energi sudah mencukupi, asetil KoA dapat mengalami lipogenesis menjadi asam lemak dan selanjutnya dapat disimpan sebagai trigliserida.
Beberapa lipid non gliserida disintesis dari asetil KoA. Asetil KoA mengalami kolesterogenesis menjadi kolesterol. Selanjutnya kolesterol mengalami steroidogenesis
membentuk steroid. Asetil KoA sebagai hasil oksidasi asam lemak juga berpotensi menghasilkan badan-badan keton (aseto asetat, hidroksi butirat dan aseton). Proses ini dinamakan ketogenesis. Badan-badan keton dapat menyebabkan gangguan keseimbangan asam-basa yang dinamakan asidosis metabolik. Keadaan ini dapat menyebabkan kematian.
GliserolKolesterolAseto asetathidroksi butiratAsetonSteroidSteroidogenesisKolesterogenesisKetogenesisDietLipidKarbohidratProteinAsam lemakTrigliseridaAsetil-KoAEsterifikasi LipolisisLipogenesis Oksidasi betaSiklus asam sitratATPCO2
H2O+ ATP
Ikhtisar metabolisme lipid
Metabolisme gliserol
Gliserol sebagai hasil hidrolisis lipid (trigliserida) dapat menjadi sumber energi. Gliserol ini selanjutnya masuk ke dalam jalur metabolisme karbohidrat yaitu glikolisis. Pada tahap awal, gliserol mendapatkan 1 gugus fosfat dari ATP membentuk gliserol 3-fosfat. Selanjutnya senyawa ini masuk ke dalam rantai respirasi membentuk dihidroksi aseton fosfat, suatu produk antara dalam jalur glikolisis.
Reaksi-reaksi kimia dalam metabolisme gliserol
Oksidasi asam lemak (oksidasi beta)
Untuk memperoleh energi, asam lemak dapat dioksidasi dalam proses yang dinamakan oksidasi beta. Sebelum dikatabolisir dalam oksidasi beta, asam lemak harus diaktifkan terlebih dahulu menjadi asil-KoA. Dengan adanya ATP dan Koenzim A, asam lemak diaktifkan dengan dikatalisir oleh enzim asil-KoA sintetase (Tiokinase).
Aktivasi asam lemak menjadi asil KoA
Asam lemak bebas pada umumnya berupa asam-asam lemak rantai panjang. Asam lemak rantai panjang ini akan dapat masuk ke dalam mitokondria dengan bantuan senyawa karnitin, dengan rumus (CH3)3N+-CH2-CH(OH)-CH2-COO-.
Membran mitokondria internaKarnitin palmitoil transferase IIKarnitin
Asil karnitin
translokaseKoAKarnitinAsil karnitinAsil-KoAAsil karnitinBeta oksidasiMembran mitokondria eksternaATP + KoAAMP + PPiFFA Asil-KoAAsil-KoA sintetase
(Tiokinase)Karnitin palmitoil transferase IAsil-KoAKoAKarnitinAsil karnitin
Mekanisme transportasi asam lemak trans membran mitokondria melalui mekanisme pengangkutan karnitin
Langkah-langkah masuknya asil KoA ke dalam mitokondria dijelaskan sebagai berikut:
Asam lemak bebas (FFA) diaktifkan menjadi asil-KoA dengan dikatalisir oleh enzim tiokinase.
Setelah menjadi bentuk aktif, asil-KoA dikonversikan oleh enzim karnitin palmitoil transferase I yang terdapat pada membran eksterna mitokondria menjadi asil karnitin. Setelah menjadi asil karnitin, barulah senyawa tersebut bisa menembus membran interna mitokondria.
Pada membran interna mitokondria terdapat enzim karnitin asil karnitin translokase yang bertindak sebagai pengangkut asil karnitin ke dalam dan karnitin keluar.
Asil karnitin yang masuk ke dalam mitokondria selanjutnya bereaksi dengan KoA dengan dikatalisir oleh enzim karnitin palmitoiltransferase II yang ada di membran interna mitokondria menjadi Asil Koa dan karnitin dibebaskan.
Asil KoA yang sudah berada dalam mitokondria ini selanjutnya masuk dalam proses oksidasi beta.
Dalam oksidasi beta, asam lemak masuk ke dalam rangkaian siklus dengan 5 tahapan proses dan pada setiap proses, diangkat 2 atom C dengan hasil akhir berupa asetil KoA. Selanjutnya asetil KoA masuk ke dalam siklus asam sitrat. Dalam proses oksidasi ini, karbon β asam lemak dioksidasi menjadi keton.
Oksidasi karbon β menjadi keton
Keterangan:
Frekuensi oksidasi β adalah (½ jumlah atom C)-1
Jumlah asetil KoA yang dihasilkan adalah (½ jumlah atom C)
Oksidasi asam lemak dengan 16 atom C. Perhatikan bahwa setiap proses pemutusan 2 atom C adalah proses oksidasi β dan setiap 2 atom C yang diputuskan adalah asetil KoA.
Aktivasi asam lemak, oksidasi beta dan siklus asam sitrat
Telah dijelaskan bahwa asam lemak dapat dioksidasi jika diaktifkan terlebih dahulu menjadi asil-KoA. Proses aktivasi ini membutuhkan energi sebesar 2P. (-2P)
Setelah berada di dalam mitokondria, asil-KoA akan mengalami tahap-tahap perubahan sebagai berikut:
1. Asil-KoA diubah menjadi delta2-trans-enoil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai respirasi dengan menghasilkan energi 2P (+2P)
2. delta2-trans-enoil-KoA diubah menjadi L(+)-3-hidroksi-asil-KoA3. L(+)-3-hidroksi-asil-KoA diubah menjadi 3-Ketoasil-KoA. Pada tahap ini terjadi
rantai respirasi dengan menghasilkan energi 3P (+3P)4. Selanjutnya terbentuklah asetil KoA yang mengandung 2 atom C dan asil-KoA yang
telah kehilangan 2 atom C.
Dalam satu oksidasi beta dihasilkan energi 2P dan 3P sehingga total energi satu kali oksidasi beta adalah 5P. Karena pada umumnya asam lemak memiliki banyak atom C, maka asil-KoA yang masih ada akan mengalami oksidasi beta kembali dan kehilangan lagi 2 atom C karena membentuk asetil KoA. Demikian seterusnya hingga hasil yang terakhir adalah 2 asetil-KoA.
Asetil-KoA yang dihasilkan oleh oksidasi beta ini selanjutnya akan masuk siklus asam sitrat.
Penghitungan energi hasil metabolisme lipid
Dari uraian di atas kita bisa menghitung energi yang dihasilkan oleh oksidasi beta suatu asam lemak. Misalnya tersedia sebuah asam lemak dengan 10 atom C, maka kita memerlukan energi 2 ATP untuk aktivasi, dan energi yang di hasilkan oleh oksidasi beta adalah 10 dibagi 2 dikurangi 1, yaitu 4 kali oksidasi beta, berarti hasilnya adalah 4 x 5 = 20 ATP. Karena asam lemak memiliki 10 atom C, maka asetil-KoA yang terbentuk adalah 5 buah.
Setiap asetil-KoA akan masuk ke dalam siklus Kreb’s yang masing-masing akan menghasilkan 12 ATP, sehingga totalnya adalah 5 X 12 ATP = 60 ATP. Dengan demikian sebuah asam lemak dengan 10 atom C, akan dimetabolisir dengan hasil -2 ATP (untuk aktivasi) + 20 ATP (hasil oksidasi beta) + 60 ATP (hasil siklus Kreb’s) = 78 ATP.
Sebagian dari asetil-KoA akan berubah menjadi asetoasetat, selanjutnya asetoasetat berubah menjadi hidroksi butirat dan aseton. Aseto asetat, hidroksi butirat dan aseton dikenal sebagai badan-badan keton. Proses perubahan asetil-KoA menjadi benda-benda keton dinamakan ketogenesis.
Proses ketogenesis
Lintasan ketogenesis di hati
Sebagian dari asetil KoA dapat diubah menjadi kolesterol (prosesnya dinamakan kolesterogenesis) yang selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan untuk disintesis menjadi steroid (prosesnya dinamakan steroidogenesis).
Gambar Lintasan kolesterogenesis
Sintesis asam lemak
Makanan bukan satu-satunya sumber lemak kita. Semua organisme dapat men-sintesis asam lemak sebagai cadangan energi jangka panjang dan sebagai penyusun struktur membran. Pada manusia, kelebihan asetil KoA dikonversi menjadi ester asam lemak. Sintesis asam lemak sesuai dengan degradasinya (oksidasi beta).
Sintesis asam lemak terjadi di dalam sitoplasma. ACP (acyl carrier protein) digunakan selama sintesis sebagai titik pengikatan. Semua sintesis terjadi di dalam kompleks multi enzim-fatty acid synthase. NADPH digunakan untuk sintesis.
Tahap-tahap sintesis asam lemak ditampilkan pada skema berikut.
Tahap-tahap sintesis asam lemak
Penyimpanan lemak dan penggunaannya kembali
Asam-asam lemak akan disimpan jika tidak diperlukan untuk memenuhi kebutuhan energi. Tempat penyimpanan utama asam lemak adalah jaringan adiposa. Adapun tahap-tahap penyimpanan tersebut adalah:
– Asam lemak ditransportasikan dari hati sebagai kompleks VLDL.
– Asam lemak kemudian diubah menjadi trigliserida di sel adiposa untuk disimpan.
– Gliserol 3-fosfat dibutuhkan untuk membuat trigliserida. Ini harus tersedia dari glukosa.
– Akibatnya, kita tak dapat menyimpan lemak jika tak ada kelebihan glukosa di dalam tubuh.
Dinamika lipid di dalam sel adiposa. Perhatikan tahap-tahap sintesis dan degradasi trigliserida
Jika kebutuhan energi tidak dapat tercukupi oleh karbohidrat, maka simpanan trigliserida ini dapat digunakan kembali. Trigliserida akan dipecah menjadi gliserol dan asam lemak. Gliserol dapat menjadi sumber energi (lihat metabolisme gliserol). Sedangkan asam lemak pun akan dioksidasi untuk memenuhi kebutuhan energi pula (lihat oksidasi beta)