Belajar Biosintesis Asam Lemak Yuk !

Biosintesis Asam Lemak – Seperti proses penguraian dan sintesis lainnya (misal, glikogenolisis dan glikogenesis), sintesis asam lemak (lipogenesis) dahulu dianggap sebagai reaksi pembalikan oksidasi di dalam mitokondria. Namun, sekarang jelas bahwa sistem ekstra mitokondria yang sangat aktif bertanggung jawab untuk sintesis asam lemak yang lengkap dari asetil-KoA dalam sitosol. Sistem lain untuk perpanjangan rantai asam lemak juga terdapat diretikulun endoplasmik hati. Di dalam bab ini akan dibahas tentang sintesis asam lemak palmitat.

Kompetensi khsus, setelah pembahasan sintesis asam palmitat, peserta pembelajaran mampu menjelaskan tahap-tahap reaksi yang terjadi selama proses sintesis berlangsung.

Lintasan Utama Sintesia De Novo Asam Palmitat

Sistem sintesis asam palmitat terdapat pada jaringan tubuh termasuk jaringan hati, ginjal, otak, paru-paru, kelenjar payudara dan adiposa . Sistem ini membutuhkan kofaktor yang mencakup NADPH, ATP, Mn2+, biotin dan HCO3- (sebagai sumber CO2).  Di dalam sintesis tersebut, asetil-KoA digunakan sebagai substrat dan produk akhirnya adalah palmitat bebas.

Bikarbonat (HCO3-) digunakan sebagai sumber CO2 pada reaksi pendahuluan untuk karboksilasi asetil-KoA menjadi malonil KoA dengan adanya ATP dan enzim asetil-KoA karboksilase. Enzim memindahkan karboksil pada asetil-KoA untuk membentuk malonil-KoA.

Biosintesis asam lemak

Ada dua tipe enzim sintase asam lemak, tipe pertama yang terdapat pada bakteri, tumbuhan dan bentuk organisme lebih rendah lainnya. Masing-masing enzim pada organisme tersebut saling terpisah, radikal asil terdapat dalam bentuk kombinasi dengan protein yang disebut protein pembawa radikal asil (ACP-aCye carrier protein). Tipe kedua, terdapat pada ragi, mamalia dan burung. Pada organisme tersebut, sistem sintase berupa komplek polipeptida multienzim yang tidak dapat dipisahkan lagi tanpa kehilangan aktivitasnya, dan ACP adalah bagian dari kompleks tersebut. Komplek multienzim ini dikode oleh gel tunggal.

Kompleks enzim sintase asam lemak merupakan sebuah dimer. Pada mamalia, setiap dimer identik, dan terdiri atas satu rantai polipeptida yang bisa ditandai serta mengandung tujuh aktivitas enzim sintase asam lemak dan sebuah ACP dengan gugus 4’-fosfopantotein-SH. Didekatnya terdapat gugustiol (-SH) dari residu sistein 3-ketoasil sintase (enzim kondensis).

biosintesis asam lemak

Tahap-Tahap Reaksi Pada Sintesis Asam Palmitat

Tahap reaksi diawali oleh kondensasi asetil-KoA dengan gugus sistein-SH yang dikatalisis oleh asetil transasilase.

biosintesis asam lemak

Malonil –KoA bergabung dengan A’-fosfopantotein ACP yang dikatalisis oleh malonil  transamilase  membentuk kompleks enzim asetil (asil)-malonil. Gugus asetil menyerang metilen pada residu malonil dengan katalis 30 ketoasil sintase yang membebaskan CO2 dan membentuk kompleks enzim-ketoasil (enzim-asetoasetil). Dalam reaksi ini gugus sistein-SH yang tadinya ditempati oleh gugus asetil dibebaskan. Tahap reaksi selanjutnya, adalah reduksi, dehidrasi dan reduksi kembali gugus.

Molekul malonil-KoA baru, yang dibutuhkan untuk perpanjangan rantai, bergabung dengan gugus-SH pada 4’-fosfopantotein menggantikan residu asiljenuh pada gugus-SH sistein bebas. Rangkaian reaksi tersebut diulang lebih dari 6 kali sampai tersusun residu asil 16-karbon (palmitil) yang jenuh. Radikal ini, kemudian dibebaskan dari enzim oleh aktivitas enzim ketujuh dalam kompleks tersebut yaitu tioesterase (deasilase), dan membebaskan asam palmitat bebas. Persamaan reaksi keseluruhan sintesis palmitat dari asetil-KoA dan malonil-KoA adalah.

CH2.CO-S.KoA + 7HOOC.CH2CO  ~  S-KoA + 14 NADPH + 14H+   –>> CH3 C(CH2)14 COOH + 7 CO2 + 6H2O +8 KoA-SH + 14NADP+

Asetil-KoA yang digunakan sebagai primer reaksi sintesis asam palmitat, membentuk atom karbon 15 dan 16 pada asam lemak tersebut. Sedang untuk penambahan unit C2 pada perpanjangan rantai, berlangsung lewat pembentukan malonil-KoA. Jika penyiap reaksi adalah propinil-KoA asam lemak rantai panjang yang terbentuk adalah berantai atom karbon ganjil.

Asetil-KoA yang merupakan molekul pembangun utama asam-asam lemak dapat dibentuk dari karbohidrat melalui oksidasi di dalam mitokondria. Dalam keadaan kenyang, enzim ATP-sitrat liase ekstra mitokondria menjadi aktif memecah sitrat menjadi oksaloasetat dan asetil-KoA. Reaksi pembentukan asetil-KoA ini melibatkan reaksi-reaksi yang terjadi di dalam mitokondria dan proses translokasi ke luar mitokondria. Selanjutnya asetil-KoA yang terbentuk digunakan untuk mengawali sintesis asam lemak palmitat dan asam-asam lemak lainnya.

NADPH yang terlibat dalam sintesis asam palmitat sebagai donor ekuivalen pereduksi pada tahap reaksi reduksi derivat 3-ketoasil maupun 2,3 asil tak jenuh, sumber utamanya adalah oksidasi glukosa pada jalur pentosa fosfat. Sumber lain mungkin bukan utama adalah mencakup reaksi konversi malat menjadi piruvat yang dikatalisis oleh enzim malat (NADP malat dehidrogenase) dan reaksi isositrat dehidrogenase.

Pemanjangan Rantai Asam Lemak

Pemanjangan rantai asam lemak yang disintesis terjadi di dalam retikulum endoplasma (sistem mikrosom). Di dalam sistem ini untuk memperpanjang rantai asam lemak terjadi melalui penambahan dua atom karbon. Sumber atom karbon yang dibutuhkan adalah menggunakan molekul malonil-KoA sebagai donor asetil dan refuktornya adalah NADPH. Reaksi ini dikatalisis oleh asam lemak elongase mitokondria.

Pengaturan Lipolisis

Status nutrisi organisme merupakan faktor utama yang mengatur laju lipogenesis. Pada hewannya yang diberi makan kenyang dan dietnya mengandung karbohidrat dengan proporsi tinggi, maka lipogenesisnya tinggi, sebaliknya laju lipogenesisnya akan berkurang pada keadaan asupan kalori yang terbatas, diet tinggi lemak atau jika terdapat defisiensi insulin. Semua keadaan tersebut berkaitan dengan peningkatan konsentrasi asam lemak bebas di dalam plasma.

Sintesis asam lemak rantai panjang juga diatur oleh  modifikasi enzim secara alosterik dan kovalen dalam waktu yang pendek dan oleh perubahan ekpresi gen dalam jangka waktu panjang. Pengaturan lipogenesis yang paling penting adalah terletak pada tahap asetil-KoA karboksilase. Sifat enzim ini adalah alosterik dan diaktifkan oleh sitrat. Pada keadaan kenyang konsentrasi sitrat meningkat, asetil-KoA juga tinggi akibatnya lipogenesis menjadi cepat akan tetapi, karena asetil-KoA juga dapat menghambat asetil-KoA  karboksilase, maka lipogenesis menjadi berkurang. Lipogenesis juga dapat dihambat oleh lipolisis atau aliran asam lemak bebas ke dalam jaringan yang mengakibatkan penghambatan sintesis asam lemak baru.

Hubungan terbalik antara konsentrasi asam lemak bebas dan proporsi enzim piruvat dehidrogenase yang aktif dan in aktif yang mengatur tersediaanya asetil-KoA, juga ikut mengatur lipogenesis. Asil-KoA mengakibatkan inhibisi piruvat dehidrogenase dengan menghambat pengangkutan pertukaran ATP-ADP pada membran interna mitokondria. Penghambatan ini menyebabkan peningkatan rasio (ATP/ADP) intramitokondria yang mengakibatkan perubahan bentuk piruvat dehidrogenase aktif menjadi bentuk in aktif. Demikian pula oksidasi asil-KoA, akibat peningkatan kadar asam lemak bebas dapat meningkatkan rasio (asetil-KoA)/KoA) dan (NADPH)/(NAD+) dalam mitokondria yang dapat menghambat piruvat dehidrogenase.

Lipogenesis juga dirangsang oleh insulin melalui beberapa mekanisme. Insulin meningkatkan pengangkutan glukosa ke dalam sel (misal, jaringan adiposa) sehingga meningkatkan ketersediaan piruvat untuk sintesis asam lemak maupun gliserol 3-fosfat untuk esterifikasi asam lemak yang baru terbentuk. Insulin mengkonversi piruvat dehidrogenase bentuk inaktif menjadi aktif dalam jaringan adiposa. Insulin juga mengaktifkan asetil-KoA karboksilase yang melibnatkan defosforilasi oleh protein fosfatse. Hormon ini juga mampu menekan kadar cAMP intraseluler oleh karenanya menghambat lipolisis di jaringan adiposa sehingga mengurangi asil-KoA rantai panjang yang merupakan inhibitor lipogenesis.

Dengan mekanisme yang sama, insulin mengantagonis kerja hormon glukagon dan epinefrin yang menghambat asetil-KoA karboksilase dan oleh karenanya menghambat lipogenesis. Enzim kompleks sintase dan asetil-Koa dekarboksilase, beradaptasi dengan kebutuhan fisiologis tubuh lewat melalui peningkatan jumlah totalnya pada keadaan kenyang dan penurunannya pada keadaan puasa, konsumsi lemak serta pada penyakit diabetes. Jadi kedua enzim tersebut adalah merupakan enzim adaptif.

Baca juga : Belajar glikogenesis dan glokogenolisis

RANGKUMAN

  1. Lipogenesis dilakukan oleh dua sistem enzim yang terdapat pada silosel sel yaitu : asetil-KoA karboksilase dan sintase asam lemak.
  2. Lintasan lipogenesis, mengkonversi asetil-Koa menjadi asam palmitat yang memerlukan NADPH, ATP, Mn2+, biotin, asam pantotenat dan HCO3- sebagai kofaktor.
  3. Asetil-KoA karboksilase mengkatalisis konversi asetil-KoA menjadi malonil-KoA, yang selanjutnya dilanjutkan dengan tujuh aktivitas enzimatik yang berbeda, akan mengkalisis susunan palmitat dari satu molekul asetil-Koa dan tujuh molekul malonil-KoA.
  4. Pemanjangan rantai asam lemak rantai panjang berlangsung dalam retikulum endoplasma dan dikatalisis oleh sistem enzim alongase mirkosom.
  5. Lipogenesis diatur pada tahap asetil-koA karboksilase oleh pemodifikasi alosterik, modifikasi kovalen dan induksi serta represi sintesis enzim. Aktivasi enzim tersebut diatur oleh kadar sitrat dan aktivitasnya dihambat oleh asetil-KoA rantai panjang. Insulin mengaktifkan asetil-KoA karboksilase dalam waktu pendek melalui defosforilasi dan dalam waktu pendek melalui induksi sintesis. Glukagon dan epinefrin mempunyai kerja yang berlawanan dengan insulin.

Tulisan ini di ambil dari berbagai sumber :

Koolman, Jan ; Klaus-Heinrich Röhm. 1994. Atlas Berwarna dan Teks Biokimia. Jakarta : Hipokrates

Lehninger, Albert L. 1994. Dasar-dasar Biokimia Jilid I. Jakarta : Erlangga

Murray, Robert K ; Daryl K.G. ; Peter A.M.; Victor W.R. 2000.Biokimia Harper edisi 25. Jakarta : Buku Kedokteran EGC

Salati L.M. goodbridge AG: Fahy acid Synthesis in eukaryotes In biochemistry of Lipids.

Smith., Hill RL, Lehman IR., Lefkowitz RIP., White A. 1993. Principle of Biochemistry : Mammalian Biochemistry, 7th ed. Mc Graw Hill Co. New York.

Talwar, GP. 1980. Textbook of Biochemistry and Human Biology Prentice. New Delhi, India.

 

Berkomentarlah dengan bijak,,No Spam !