asam lemak
-
Upload
wulan-komala-sari -
Category
Documents
-
view
207 -
download
8
Transcript of asam lemak
MAKALAH FISIOLOGI MIKROBA
“METABOLISME LEMAK DAN ASAM AMINO”
Oleh Kelompok 1
Dini Jannatul PutriKhairatul In’am
Lastri NurNiko Sentosa
JURUSAN BIOLOGIFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI PADANG2012
Metabolisme 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 energy
A. Katabolisme Asam Lemak (β-oksidasi asam lemak)
Sebagian prokariota (seperti Pseudomonas, Bacillus dan E.coli) dapat tumbuh pada
media yang mengandung lemak. Lemak lebih dahulu dideesterifikasi menjadi asam lemak.
Asam lemak lemudian siap mengalami oksidasi menjadi asetil koA. Karena terjadi oksidasi
di atom karbon β, maka oksidasi tersebut dinamakan β-oksidasi.
Pada prinsipnya, β-oksidasi mengurai atau memotong asam lemak menjadi satuan
(monomer) asetil koA. Reaksi pada β-oksidasi berikut : Asam lemak memperoloh gugus
KoA, sehingga membentuk asil KoA dengan bantuan asil KoA sintase. Reaksi itu
memerlukan energi dari ATP. Kemudian, asil KoA mengalami asil koA tidak jenuh
(mengalami ikatan rangkappada atom karbon β). Hidrogen yang dihasilkan, ditangkap FAD+.
Reaksi itu dikatalis oleh asil KoA dehidrigenase. Hidrasi ikatan rangkap pada asil KoA tidak
jenuh, sehingga menghasilkan hidroksil KoA. Reaksi ini dikatalis hidroksiasil KoA, sehingga
menghasilkan gugus keto. Reaksi itu dikatalisis hidroksiasil dehidrogenase. Hidrogen
diterima oleh NAD+. Pemutusan ikatan karbon pada posisi β akibat serangan Koa shingga
menghasilkan asil KoA (lebih pendk 2 atom karbon) dan asetil KoA. Reaksi ini dikatalis β-
ketothiolase. Asil KoA kemudian mengalami perulangan reaksi seperti di atas, sehingga
dihasilkan asil KoA yang lebih pendek 2 atom C. Asetil KoA dioksidasi menjadi NADH,
FADH, ATP dan CO2 melalui siklus asam sitrat atau difermentasi melalui siklus reduktif-
asam sitrat menghasilkan prekursor bagi biosintesis asam amino.
Jika jumlah atom karbon genap, maka senyawa terakhir adalah asetil KoA. Akan
tetapi, jika jumlah atom karbon asam lemak ganjil, maka senyawa terakhir adalah pripionil
KoA. Pripionil KoA tidak mengalami dekarboksilasi, tetapi mengalami oksidasi menjadi
piruvat.
Secara energetik asam lemak lebih banyak menghasilkan energi daripada glukosa.
Total ATP yang dihasilkan dari pemecahan asam lemak C6 melalui β-oksidasi adala 3 asetil
KoA, 2 NADH dan 2 FADH2 mnus 2 ATP. Oksidasi 3 asetil KoA menjadi CO2 dan H2O
melalui siklus asam sitrat menghasilkan 3 ATP, 3 FADH2 dan 9 NADH. Total energi yang
dihasilkan adalah 49,3 ATP.
Total ATP yang dihasilkan dari pemecahan glukosa adalah glikolisis. Glukosa
menjadi 2 piruvat meghasilkan 2ATP dan 2NADH. Konversi 2 piruvat menjadi 2 asetil KoA
menghasilkan 2 NADH. Oksidasi 2 asetil KoA melalui siklus asam sitrat menghasilkan 2
ATP,2 FADH2 dan 6 NADH. Jika oksidasi 1 NADH menghasilkan 3,3 ATP dan 1 FADH2
menghasilkan 2 ATP, maka total energi yang dihasilkan adalah 41 ATP.
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).
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-.
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. Telah dijelaskan bahwa asam lemak dapat dioksidasi
jika diaktifkan terlebih dahulu menjadi asil-KoA. Proses aktivasi ini membutuhkan energi
sebesar 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.
B. Biosintesis Lemak
1. Biosintesis asam lemak jenuh
Biosintesis lemak dimulai dengan biosintesis asam lemak. Prekursor biosintesis asam
lemak adalah asetil KoA. Rute biosintesis asam lemak berbeda dengan rute β-oksidasi asam
lemak. Biosintesis asam lemak adalah karboksilasi asetil KoA menjadi malonil KoA. Reaksi
ini memerlukan energi yang dikatalisasetil KoA karboksilase. Penggantian gugus KoA
dengan gugus ACP. Gugus KoA dari asetil KoA diganti dengan gugus ACP sintase. Asil
ACP dan malonil ACP mengalami kondensasi, sehingga menghasilkan 3-ketoasil ACP dan
melepaskan CO2 dan gugus ACP. Reaksi tersebut dikatalis ketoasil ACP sintase.
Dehidrogenasi3-ketoasil ACP (pada C no. 3) sehingga menghasilkan 3-hidroksiasil ACP.
Reaksi tersebut dikatalis ketoasil ACP reduktase. Dehidrasi pada atom C no. 3, sehingga
eghasilkan ikatan rangkap (senyawanya disebut enoil asil ACP). Reaksi tersebut dikatalis β-
hidroksiasil ACP dehidrase. Dehidrogenasi pada ikatan rangkap enoil asil ACP, sehingga
menghasilkan asil (C4) ACP. Reaksi tersebut dikatalisis enoil asil ACP. Kemudian, asil ACP
mengalami pemanjangan yaitu berkondensasi dengan malonil ACP. Reaksi tersebut sama
dengan reaksi asetil ACP dan malonil ACP seperti diatas. Ketika jumlah karbon dirasa
mencukupi, asil ACP ditransfer ke membran fosfolipid. Proses tersebut dikatalis gliserol
fosfatase asiltransferase.
2. Biosintesis asam lemak tidak jenuh
Biosintesis asam lemak tidak jenuh terjadi melalui 2 cara, yaitu aerobik dan
anaerobik. Anaerobik hanya terjadi pada prokariota (Clostrodium, Latobacillus dan E.coli),
sedangkan anaerobik terjadi pada eukariota dan prokariota (Bacillus, Corynebacterium,
Micrococcus dan Mycobacterium). Pada prokariota asam lemak tidak jenuh didominasi oleh
asam lemak tidak jenuh tunggal, misalnya asam palmitoleat (C16) dan asam oleat (C18).
Pada saat proses biosintesis asam palmitoleat secara anaerob tidak dihasilkan asil
(C10) ACP, tetapi dihasilkan 3-hidroksiasil (C10) ACP. Kemudian 3-hidroksiasil (C10) ACP
mengalami dehidrasi oleh dehidrogenase,sehingga menghasilkan enoil (C10) ACP. Jenis
ikatan rangkap pada enoil (C10) ACP dapat berupa is β-γ (ikatan rangkap C nomor ganjil) atau
cis α-β (ikatan rangkap C nomor genap). Hal itu tergantung jenis dehidrogenase yang
mengkatalis. Selanjutnya enoil (C10) ACP mengalami perpanjangan sampa menghasilkan
enoil (C16) ACP. Enoil (C16) ACP mengalami hidrasi, sehingga menghasilkan asam
palmitoleat (C16).
Terdapat 2 model biosintesis lemak secara aerob, yaitu pembentukan ikatan rangkap
setelah atom karbon lengkap dan pembentukan ikatan rangkap sebelum atom karbon lengkap.
Pada model pertama menghasilkan asil ACP demgan jumlah atom karbon lengkap.
Selanjutnya, asil ACP mengalami oksidasi pada posisi C yang diinginkan, sehingga
menghasilkan ikatan rangkap yang diinginkan. Oksidase yang mengkatalisis pembentukan
ikatan rangkap memerluakan oksigen dan NADPH. Bakteri menyintesis asam oleat dari
bentuk asam stearat.
Pada model kedua (asam palmitoleat) menghasilkan derivat cis β-γ dekanoil ACP
(prosesnya sama dengan biosintesis asam lemak tidak jenuh secara anaerob). Cis β-γ dekanoil
ACP (C10) bereaksi dengan asil ACP (C6) menghasilkan ikatan rangkap antara C9 dan C10.
C. Biosintesis fosfolipid
Fosfolipid merupakan asam lemak yang terikat kovalen dengan fosfat. Terdapat
berbagai jenis fosfolipid di bakteri, tetapi yang akan dibahas adalah fosfolipid yang umum
dijumpai (Gambar 9.11). Struktur fosfolipid dalam membran sel adalah amfibolik, yaitu satu
bagian molekul bermuatan (polar/hodrofilik) dan bagian yang lain tidak bermuatan
(nonpolar/hidrofobik). Area hidrofilik yang berisi fosfat dan hidrofobik yang berisi asam
lemak disebut kepala dan ekor.
Gambar Senyawa fosfolipid pada prokariota, yaitu asam fosfatidil (X=H), fosfatidil
serin (X=serin), fosfatidil etanolamin (X=etanolamin), fosfatidil gliserol (X=gliserol),
dan kardiolipin (X=fosfatidil gliserol).
Beberapa sifat membran sel yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut. Membran
sel hanya dapat dilewati oleh air, gas, dan molekul hidrofob kecil. Membran sel mampu
melakukan kerja seluler, jika terdapat perbedaan muatan (proton dan ion natrium) di
seberang-menyeberang membran sel. Asam lemak yang mengisi area hidrofob harus dalam
kondisi cair (fluid). Kondisi ini untuk mempertahankan fungsi membran sel. Fluiditas asam
lemak terjaga, karena adanya asam lemak tidak jenuh (titik beku asam lemak tidak jenuh
lebih rendah dibandingkan asam lemak jenuh) dan asam lemak bercabang.
Gambar Biosintesis fosfolipid.
Biosintesis fosfolipid dimulai dari reduksi dihidroksi aseton fosfat (senyawa antara
glikolisis) menjadi gliseraldehid 3-fosfat (G3P) (Gambar 9.12). Dua molekul asil ACP
mentransfer gugus asam lemak ke G3P menghasilkan asam fosfatidat. Reaksi ini dikatalisis
gliseraldehid 3-fosfat asil transferase. Asam fosfatidat merupakan fosfolipid pertama yang
dihasilkan. Asam fosfatidat diproses lagi menjadi derivat fosfolipid lainnya, misalnya
fosfatidil serin, fosfatidiletanolamin, dan kardiolipin.
Asam fosfatidat kemudian bereaksi dengan sitidin trifosfat (CTP) menghasilkan
citidin difosfat diasil gliserol dan pirofosfat. Reaksi ini dikatalisis citidin difosfat digliseride
sintase. Penambahan sistein pada citidin difosfat diasil gliserol akan menghasilkan fosfatidil
serin. Reaksi ini dikatalisis fosfatidil serin sintase. Fosfatidil serin dekarboksilase melakukan
dekarboksilasi fosfatidil serin menghasilkan fosfatidil etanolamin. Secara terpisah, citidin
difosfat diasil gliserol bereaksi dengan gliserol fosfat menghasilkan fosfatidil gliserol fosfat.
Reaksi ini dikatalisis fosfatidil gliserol fosfat sintase. Hidrolisis fosfatidil gliserol fosfat
menghasilkan fosfatidil gliserol (dan melepaskan fosfat). Reaksi ini dikatalisis fosfatidil
gliserol fosfat fosfatase. Dua molekul fosfatidil fosfat berekasi menghasilkan kardiolipin
(difosfatidil gliserol). Reaksi ini dikatalisis kardiolipin sintase.
D. BIOSINTESIS ASAM AMINO
Protein merupakan polipeptida dari 20 jenis asam amino. Ke-duapuluh asam amino
dapat dikelompokkan menjadi 6 kelompok berdasarkan prekursor masing-masing (Tabel 9.2).
Dapat dilihat bahwa prekursor 5 kelompok asam amino berasal dari senyawa antara pada
metabolisme sentral. Hanya histidin yang berasal dari fosforibosil pirofosfat (PRPP) atau
ATP. Meskipun sebenarnya PRPP berasal dari fosforilasi ribosa 5-fosfat dari jalur HMP.
Tabel Prekursor asam amino
Prekursor Asam amino
Oksaloasetat
Piruvat
3PGA
a-Ketoglutarat
PEP & E4P
PRPP & ATP
Aspartat, asaparagin, metionon, lisin, treonin, isoleusin
Alanin, valin, leusin
Serin, glisin, sistein
Glutamat, glutamin, arginin, prolin
Fenilalanin, tirosin, triptofan
Histidin
1. Biosintesis Asam Amino
Pada dasarnya sintesis asam amino merupakan reaksi aminasi (pengikatan gugus
amin) karboksilat. Gugus amin biasanya berasal dari amonia. Akan tetapi, pengikatan gugus
amin ke karboksilat dapat langsung (1 tahap) atau tidak langsung (2 tahap). Pengikatan gugus
amin langsung terdapat pada proses sintesis glutamat dari a-ketoglutarat (Gambar 9.13).
Reaksi ini memerlukan glutamat dehidrogenase.
Gambar Reaksi glutamat dehidrogenase
Gambar Reaksi GS-GOGAT
Pengikatan gugus amin tidak langsung terjadi pada proses sintesis glutamat dari a-
ketoglutarat dan memerlukan glutamat lainnya (Gambar 9.14). Pada reaksi ini gugus amin
lebih dulu diinkorporasi ke glutamat menghasilkan glutamin (dikatalisis glutamin
sintase/GS). Gugus amin ditransfer ke a-ketoglutarat menghasilkan glutamat (dikatalisis
glutamin a-oksoglutarat transaminase atau GOGAT). Glutamin yang kehilangan amida,
menjadi glutamat.
Dari kedua tipe reaksi di atas (GH dan GS-GOGAT) tampaknya reaksi GS-GOGAT
merupakan reaksi yang paling mungkin terjadi di alam. Hal ini karena reaksi GH memerlukan
kadar amonia yang tinggi di habitatnya, sedangkan reaksi GS-GOGAT memerlukan sedikit
amonia di habitatnya.
Sintesis asam amino lainnya memerlukan glutamat sebagai sumber nitrogen (gugus
amin) ke karboksilat. Reaksi ini merupakan proses transaminasi, sehingga enzimnya disebut
transaminase.
E. BIOSINTESIS NUKLEOTIDA
Nukleotida adalah polimer molekul purin atau pirimidin, ribosa atau deoksiribosa, dan
fosfat.Jika tanpa fosfat, maka polimer tersebut dinamakan nukleosida. Jadi nukleotida adalah
nukleosida fosfat. Tiga molekul pirimidin penyusun nukleotida adalah sitosin, timin, dan
urasil dan nama nukleosidanya adalah sitidin, timidin, dan uridin. Dua molekul purin
penyusun nukleotida adalah guanin dan adenin dan nama nukleosidanya adalah guanosin dan
adenosin.
Gambar Monomer nukleotida
Gambar Molekul purin (atas) dan pirimidin (bawah)
1. Biosintesis Pirimidin
Berdasarkan asal atom karbon dan nitrogen, pirimidin disintesis dari aspartat, amonia
yang berasal dari glutamin, dan CO2 yang berasal dari karbonat
Gambar Prekursor pirimidin (kiri) dan purin (kanan)
Sintesis nukleotida pirimidin dimulai dari fosforilasi aminasi karbonat (Gambar 9.18).
Aminasi dan fosforilasi karbonat menjadi karbamoil fosfat. Reaksi ini dikatalisis karbamoil
fosfat sintetase. Selanjutnya, aspartat terikat pada karbamoil, sehingga menghasilkan
karbamoil aspartat (melepaskan fosfat). Reaksi ini dikatalisis aspartat transkarbamoilase.
Hidrasi karbamoil aspartat menjadi dihidroorotat.
Gambar Biosintesis pirimidin
Reaksi ini dikatalisis dihidroorotase. Dehidrogenasi (oksidasi) dihidroorotat menjadi
orotat. Reaksi ini dikatalisis dihidroorotat dehidrogenase. Terikatnya 5-fosforibosil pirofosfat
(disintesis dari fosforilasi ribosa 5-fosfat) pada atom nitrogen dari orotat, sehingga
menghasilkan orotidin monofosfat (melepaskan pirofosfat). Reaksi ini dikatalisis orotat
fosforibosil transferase. Dekarboksilasi orotidin monofosfat menjadi uridin monofosfat
(UMP). Reaksi ini dikatalisis orotidin fosfat dekarboksilase. Fosforilasi uridin monofosfat
menjadi uridin difosfat (UDP). Reaksi ini dikatalisis nukleosidamonofosfat kinase.
Fosforilasi uridin difosfat menjadi uridin trifosfat (UTP). Reaksi ini dikatalisis
nukleosidadifosfat kinase. Uridin trifosfat merupakan prekursor uridin.
Terikatnya amonia pada uridin trifosfat menghasilkan sitidin trifosfat (CTP). Reaksi
ini memerlukan energi/ATP. Sitidin trifosfat merupakan prekursor sitidin. Timidin disintesis
dari metilasi UTP.
2. Biosintesis Purin
a. Atom karbon dari purin berasal dari format atau serin, glisin, dan karbon dioksida.
Atom nitrogen dari purin berasal dari aspartat, glisin, dan glutamin.
b. Sintesis cincin purin dimulai dari terikatnya atom nitrogen glutamin pada fosforibosil
(berasal dari fosforibosil pirofosfat) menghasilkan 5-fosforibosilamin. Reaksi ini
dikatalisis fosforibosil pirofosfat amidotransferase. Tersisipnya glisin ke 5-
fosforibosilamin, sehingga menghasilkan 5-fosforibosil glisinamida. Reaksi ini
memerlukan energi (ATP) dan dikatalisis fosforibosil glisinamida sintetase.
Terikatnya formil pada fosforibosil glisinamida, sehingga menghasilkan 5-fosforibosil
N formilglisinamida. Reaksi ini dikatalisis fosforibosil formilglisinamida sintetase.
Pengikatan gugus NH2 dari glutamin,sehingga menghasilkan 5-fosforibosil N
formilglisinamidin. Reaksi ini dikatalisis fosforibosil formilglisinamidin sintetase dan
memerlukan energi.
c. Pembentukan struktur cincin pada fosforibosil N formilglisinamidin, sehingga
menghasilkan 5-fosforibosil 5-aminoimidazol. Reaksi ini dikatalisis fosforibosil
aminoimidazol sintetase. Karboksilasi 5-fosforibosil 5-aminoimidazol, sehingga
menghasilkan asam 5-fosforibosil 5-aminoimidazol 4-karboksilat. Reaksi ini
dikatalisis fosforibosil aminoamidazol karboksilase. Terikatnya aspartat pada asam 5-
fosforibosil 5-aminoimidazol 4-karboksilat, sehingga menghasilkan asam 5-
fosforibosil 4-N suksinokarboksamida 5-aminoimidazol. Reaksi ini dikatalisis
fosforibosilaminoamidazol suksinokarboksamida sintetase. Terlepasnya 4 karbon
yang semula berasal dari aspartat dari reaksi sebelumnya (Jadi aspartat akhirnya
hanya menyumbang nitrogen saja), sehingga menghasilkan 5-fosforibosil 4-
karboksamida 5-amidoimidazol.
Gambar Biosintesis purin
Reaksi ini dikatalisis adenilosuksinat liase. Terikatnya formil ke 5-fosforibosil 4-
karboksamida 5-amidoimidazol, sehingga menghasilkan 5-fosforibosil 4-karboksamida 5-
formamidoimidazol. Reaksi ini dikatalisis fosforibosil amidoimidazol karboksamida
formiltransferase. Pembentukan cincin (kedua) dari 5-fosforibosil 4-karboksamida 5-
formamidoimidazol, sehingga menghasilkan inosinat monofosfat (IMP). Reaksi ini
melepaskan air dan dikatalisis inosinat siklohidrolase. IMP merupakan prekursor dari semua
nukleotida purin.