METABOLISME PROTEIN DAN LEMAK A. Lipid Lipid merupakan kelompok senyawa organic yang tersusun oleh karbon, hydrogen dan sedikit oksigen, sehingga lipid memiliki ciri larut dalam larutan nonpolar seperti chloroform, ether dll, tetapi tidak larut dalam larutan polar seperti air. Kelompok lipid yang penting dalam biologis adalah lemak, phospolipid, karotenoid, , strenoid dan lilin. Lipid dapat digunakan sebagai sumber energy dan peran lainya yaitu sebagai komponen struktur dari membran seldan penting dalam pembentukan hormon. Karotenoid merupakan pigmen tumbuhan berwarna kuning dan orange, karotenoid dikelompokan dalam lipid karena karotenoid tidak larut dslam air dan mengandung minyak. Molekul karotenoid seperti carotene dan banyak pigmen penting lainnya tersusun atas 5 monomer hidrokarbon yang dikenal sebagai isoprene unit. Strenoid merupakan senyawa derivate perihidrosiklopentanofenantrena yang terdiri atas 3 cincin sikloheksana terpadu seperti bentuk fenantrena (cincin A,B dan C) dan sebuah cincin siklopentana yang tergabung pada ujung cincin sikloheksana tersebut (cincin D). Beberapa senyawa penting yang tergolong dalam strenoid adalah kolestrol, garam empedu, hormone reproduksi, dan kortisol (seperti hormone yang disekresikan oleh kortek adrenal. Gambar struktur. Phospolipid merupakan kelompok lipid yang disebut Amphipatic lipid. Pada salah satu ujung molekul hydrophilic dan ujung yang lain bersifat hidiphobic. Dua ujung dari phospolipid keduanya dibedakan berdasarkan fisik dan kimianya. Phospolipid tersusun atas molekul gliserol yang salah satu ujungnya melekat pada ujung asam lemak dan ujung yang lain melekat pada kelompok phospat dan berhubungan dengan komponen organic seperti choline. Phospolipid merupakan penyusun membrane sel. B. Metabolisme Lemak Makanan mengandung lemak yang masuk dalam tubuh akan dicerna menjadi glisero dan asam lemak, kemudian diserap dalam sel dan akan mengalami metabolisme sesuai dengan kebutuhan tubuh. 1. Anabolisme lemak a. Biosintesis asam lemak

Sintesis asam lemak tidak berarti kebalikan dari jalur degradasi asam lemak, walaupun ada sebagian kecil asam lemak yang dihasilkan melalui kebalikan dari reaksi degradasi dalm mitokondria, namun sebagian besar melalui jalur metabolik lain. Sintesi asam lemak berasal dari Asetil koenzim A. Biosintesis asam lemak dari asetil koenzim A terjadi di hampir semua bagian tubuh, terutama dalam jaringan hati dan jaringan lemak. Biosintesis ini berlangsung melalui mekanisme yang dalam beberapa hal berbeda dengan oksidasi asam lemak. Secara keseluruhan biosintesis asam lemak terbagi menjadi tiga tahap utama. Tahap pertama pembentukan malonil koenzim A dari asetil koenzim A. Tahap kedua adalah pemanjangan rantai asam lemak sampai terbentuknya asam palmitat secara kontinu dengan tiap kali penambahan malonil keenzim A dan pelepasan CO2. Tahap ketiga adalah pemanjangan rantai asam palmitat secara bertahap bergantung pada keadaan dan komposisi faktor penunjang reaksi dalam sel. Tahap pertama dimulai dengan reaksi antara asetil koenzim A dengan gugus SH (sulfhidril) dari molekul ACP (acyl carrier protein) merupakan reaksi pemul dalam mekanisme biosintesisi asam lemak. sintetase reaksi : Asetil-S-CoA + ACP-SH asetil-S-ACP + CoA-SH Reaksi ini dikatalisis oleh salah satu dari enam enzim kompleks, ACP-asiltransferase, dengan persamaan

Reaksi selanjutnya adalah pemindahan gugus asetil dari ACP ke gugus SH dari enzim beta-ketoasil-ACP-sintase, menghasilkan asetil S-beta-ketoasil-ACP-sintase, disingkat asetil-S-sintase. Asetil-S-ACP + sintase-SH ACP-SH + asetil-S-sintase Dengan telah terikatnya gugus asetil pada enzim pertama dari enam enzim kompleks sintetase asam lemak tersebut, dapatlah

dimulai mekanisme pemanjangan rantai asam lemak dengan penambahan dua atom karbon pada malonil koenzim , secara berturut-turut sampai terbentuknya asam palmitat.

Tahap kedua adalah reaksi kondensasi pembentukan aseasetilS-AC. Reaksi kondensasi didahului dengan reaksi pembentukan Reaksi ini dikatalisis oleh enzim ACP-malonilmalonil-S-ACP + CoA-SH (koenzim A) malonil-S-ACP dari malonil-S-CoA, yaitu pemindahan gugus malonil dari ACP ke CoA. transferase : Malonil-S-CoA + ACP-SH

(malonil koenzim A)

Reaksi berikutnya adalah kondensasi antara asetil-S-sintase dengan malonil-S-ACP menghasilkan asetoasetil-S-ACP. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim beta-ketoasil-ACP-sintase dan laju reaksinya didorong oleh terlepasnya CO2 dari malonil-S-ACP, yaitu reaksi eksergonik dekarboksilasi gugus malonil, yang memberikan dorongan termodinamik ke arah pembentukan aseto-asetil-S-ACP. Pada tahap ketiga ini, terdapat dua reaksi reduksi asetoasetil-SACP. Pada reaksi reduksi yang pertama, aseoasetil-S-ACP diredukis dengan mengalami NADPH dan enzim dengan beta-ketoasil-ACP-reduktase yang selanjutnya enzim enoil-ACP-hidratase menghasilkan D--hidroksibutiril-S-ACP, dehidratasi

menghasilkan krotonil-ACP. menghasilkan butiril-ACP.

Reaksi reduksi yang kedua adalah Seperti juga reaksi reduksi yang

hidrogenasi krotonil-ACP dengan enzim enoil-ACP-reduktase yang pertama, reaksi ini menggunakan NADPH-NADP+ (bukan NADHNAD+ seperti yang dipakai pada proses oksidasi asam lemak) sebagai sistem koenzimnya . Dengan terbentuknya butiril-ACP, selesailah satu dari tujuh daur yang dilakukan oleh enzim kompleks sintetase untuk menghasilkan

palmitoil-CoA. Untuk memulai daur yang berikutnya, gugus butiril dipindahkan dari ACP ke enzim -ketoasil-ACP-sintase dan ACP mengambil satu gugus malonil dari molekul malonil Co-A yang lainnya. antara Selanjutnya daur diulangi dengan reaksi kondensasi malonil-ACP dengan butiril-S--ketoasil-ACP sintase

menghasilkan -ketoheksanoil-S-ACP dan CO2. Demikianlah setelah tujuh kali mekanisme daur berlangsung dengan enzim kompleks sintetase asam lemak, terbentuklah palmitoil-ACP sebagai hasil akhir. Selanjutnya gugus palmitoil ini dapat mengalami beberapa kemungkinan, tergantung kondisi dalam sel dan jenis jasadnya. Kemungkinan itu adalah, pertama, gugus palmitoil dilepaskan dari enzim sintetase kompleks, dengan bantuan enzim tioesterase, menghasilkan asam palmitat bebas, kedua, gugus palmitoil dipindahkan dari ACP ke CoA, ketiga, gugus palmitoil digabungkan langsung ke dalam asam fosfatidat dalam proses biosintesis fosfolipid dan triasil gliserol.b. Biosintesis trigliserida

trigliserida yang merupakan lipida cadangan, disintesis secara aktif di dalam jaringan sel hewan dan tumbuhan tinggi terutama di dalanm sel lemak dan sel hati hewan mamalia. Sebagai senyawa pemula untuk biosintesis trigliserida adalah Lgliserol -3 phospat dan senyawa koenzim-A asil asam lemak. Lgliserol -3 phospat pada umumnya terbentuk dari senyawa glikolisis yaitu dihidroksiaseton phospat yang oleh enzim gliserol3- phospat dehidrogenase diubah menjadi L- gliserol -3 phospat dengan bantuan system NAD+/ NADH sebagai koenzimnya. Tahap reaksi pertama dan kedua adalah proses asilasi gugus hidroksil dari L- gliserol -3 phospat menghasilkan asam lisophospatidat, kemudian menghasilkan asam phospatidat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim gliserolphospat asiltransferase. Dalam reaksi ini gugus asil asam lemak dipindahkan dari koenzim A asil

asam lemak ke gugus hidroksil dari L- gliserol -3 phospat secara bertahap. Di dalam jasad, seperti dalam sel E.coli tidak dipakai koenzim A asil asam lemak melainkan ACP asil asam lemak sebagai donor gugus asil asam lemaknya. Jalan lain ke pembentukan asam phospatidat adalah melalui reaksi antara dihidroksiaseton phospat dengan koenzim A asil asam lemak. Pada tahap reaksi ketiga tahap biosintesis triasil gliserol, asam phosatidat dihidroisis dengan enzim phosatidat phospatase menghasilkan diasil gliserol. Kemudian pada tahap reaksi terakhir diasil gliserol bereaksi dengan molekul ketiga dari koenzim A asil asam lemak, dikatalisis oleh enzim diasilgliserol asiltransferase, menghasilkan triasil gliserol. Di dalam tubuh mamalia, molekul triasilgliserol di pecah dan disintesis kembali di siklus triasilgliserol. Beberapa asam lemak dikeluarkan oleh lipolisis daria triasilgliserol di jaringan adipose dan akan dialirkan melalui pembuluh darah dan akan digunakan kembali untuk membentuk gliserol. Bebrapa asam lemakk yang dikeluakan menuju darah akan membutuhkan energy yang diambil dari liver dengan mengunakan sintesis triasilgliserol . triasilgliserol dibentuk di hati, dialirkan melalui pembuluh darah dan kembali ke jaringan adipose, tempat dimana asam lemak dikeluarkan oleh lipoptotein lipase ekstraseluler, diambil dari adipose dan di esterifikasi kembali untuk membentuk gliserol. c. Biosintesis kolestrol Kolestrol disintesis dari Asetil koenzim A melalui beberapa tahap reaksi yaitu Asetil koenzim A diubah menjadi isopentil pirosfosfat dan dimetil pirosfosfat, selanjutnya keduanya bereaksi membentuk kolestrol. Pada pembentukan ini berlangsung beberapa reaksi yang membentuk senyawa senyawa antara yaitu geranil pirofosfat, skualen dan lanosterol.

Gambar Reaksi pembentukan kolestrol Kecepatan pembentukan kolestrol dipengaruhi oleh konsentrasi kolestrol yang telah ada dalam tubuh. Apabila dalam tubuh terdapat kolestrol dalam jumlah yang telah cukup, maka kolestrol akan menghambat sendiri reaksi pembentukan. Sebaliknya apabila jumlah kolestrol sedikit karena berpuasa kecepatan pembentukan akan meningkat. 2. Katabolisme lemak Asam palmitat (C16:0) merupakan salah satu asam lemak yang paling banyak diketahui proses metabolismenya, oleh karena itu untuk memudahkan pembahasan selanjutnya akan dipakai asam lemak ini. Proses penguraian asam lemak dimulai dengan tahap oksidasi. Proses oksidasi ini berlangsung dalam mitokondria. Tahap pertama adalah menggiatkan asam palmitat bebas dengan asetil koenzim A dalam sitoplasma, oleh enzim asil koenzim A sintetase menghasilkan palmitoil koenzim A. Pada reaksi ini sebagai sumber energi digunakan satu molekul ATP untuk satu molekul palmitil koenzim A yang terbentuk. Tahap reaksi kedua, palmitoil koenzim A diangkut dari sitoplasma ke dalam mitokondria dengan bantuan molekul pembawa yaitu karnitin yang terdapat dalam membran mitokondria. Reaksi tahap ketiga adalah proses dehidrogenasi palmitoil koenzim A yang telah berada di dalam mitokondria dengan enzim asil koenzim A dehidrogenase yang menghasilkan senyawa enoil koenzim A. Pada reaksi ini FAD (flavin adenin dinukleotida) yang bertindak sebagai koenzim direduksi menjadi FADH2. Dengan mekanisme fosforilasi bersifat oksidasi melalui rantai pernafasan suatu molekul FADH2 dapat menghasilkan dua molekul ATP. Pada tahap reaksi keempat, ikatan rangkap pada enoil koenzim A dihidratasi menjadi 3-hidroksipalmitoil koenzim A hidratase.

Reaksi tahap kelima adalah dehidrogenase dengan enzim 3hidroksianil koenzim A dehidrogenase dan NAD+ sebagai koenzimnya. Pada reaksi ini 3-hidroksipalmitoil koenzim A dioksidasi menjadi 3-ketopalmitoil koenzim A, sedangkan NADH yang terbentuk dari NAD+ dapat dioksidasi kembali melalui mekanisme fosforilasi bersifat oksidasi yang dirangkaikan dengan rantai pernafasan menghasilkan tiga molekul ATP. Reaksi tahap terakhir adalah mekanisme oksidasi- adalah pemecahan molekul dengan enzim asetil koenzim A asetiltransferase atau disebut juga tiolase. (CoA) bebas berinteraksi Pada reaksi ini satu molekul koenzim A dengan 3-ketopalmitoil keenzim A

menghasilkan satu molekul asetil koenzim A dan sisa rantai asam lemak dalam bentuk koenzim A-nya, yang mempunyai rantai dua atom karbon lebih pendek dari palmitoil koenzim A semula. Proses degradasi asam lemak selanjutnya adalah pengulangan mekanisme oksidasi- secara kontinu sampai rantai panjang asam lemak tersebut habis dipecah menjadi molekul asetil koenzim A. Dengan demikian satu molekul asam palmitat (C16) menghasilkan 8 molekul asetil koenzim A (C2) dengan melalui tujuh kali oksidasi-. C. Metabolisme Protein Asam amino yang berada dalam darah berasal dari tiga sumber yaitu absorbsi melalui usus, hasil penguaraian protein dalam sel dan biosintesis asam amino dalam sel. Banyaknya asam amino dalam tubuh darah tergantung keseimbangan antara pembentukan asam amino dan pengguanaanya. Hati berfungsi sebagai pengatur konsentrasi asam amino dalam darah. Proses metabolisme protein didahului dengan proses katabolisme (penguraian) protein menjadi asam amino. Dalam sel, asam amino akan dibentuk kembali menjadi protein sesuai dengan kebutuhan tubuh (anabolisme). 1. Katabolisme protein

Seperti yang kita ketahui bahwa protein masuk kedalam sel sudah dalam bentuk asam amino. Kemudian asam amino mengalami proses selanjutnya. Tahap awal reaksi katabolisme asam amino yaitu pelepasan gugus amino, kemudian dilanjutkan dengan perubahan kerangka karbon pada molekul asam amino. Dua proses utama pelepasan gugus amino yaitu transaminasi dan deaminasi. a. Transaminasi Transaminasi adalah Proses katabolisme asam amino yang melibatkan pemindahan gugus amino dari satu asam amino ke asam amino yang lain. Dalam reaksi transaminasi ini gugus amino dari suatu asam amino dipindahkan kepada salah satu dari tiga senyawa keto, yaitu asam piruvat, ketoglukarat atau oksaloasetat, sehingga senyawa ini diubah menjadi asam amino. sedangkan asam amino semula diubah menjadi asam keto. Ada dua macam enzim penting dalam reaksi tranaminasi yaitu alanin transaminase dan glutamat transaminase yang bekerja sebagai katalis dalam reaksi berikut :

Gambar Contoh reaksi transaminasi. Reaksi transaminasi bersifat reversible. Pada reaksi ini tidak ada asam amino yang hilang karena gugus amino yang lepas diterima oleh asam keto. Reaksi trasnaminasi terjadi di mitokondria maupun dalam cairan sitoplasma, semua enzim transaminase dibantu oleh peridoksalfosfat sebagai koenzim.

b. Deaminasi

Deaminasi oksidatif adalah proses pemecahan (hidrolisis) asam amino menjadi asam keto dan ammonia (NH4 +), secara skematik digambarkan sebagai berikut: Deaminasi menghasilkan 2 senyawa penting yaitu senyawa nitrogen dan nonnitrogen. 1) Senyawa nonnitrogen yang mengandung gugus C, H, dan O selanjutnya diubah menjadi asetil Co-A untuk sumber energi melalui jalur siklus Krebs atau disimpan dalam bentuk glikogen. 2) Senyawa nitrogen dikeluarkan lewat urin setelah diubah lebih dahulu menjadi ureum (diagram 2). Proses deaminasi kebanyakan terjadi di hati, oleh karena itu pada gangguan fungsi hati (liver) kadar NH3 meningkat. Pengeluaran (ekskresi) urea melalui ginjal dikeluarkan bersama urin.

Glutamat juga dapat memindahkan amin ke rantai karbon lainnya, menghasilkan asam amino baru.

Contoh reaksi deaminasi oksidatif. Perhatikan glutamat mengalami deaminasi menghasilkan amonium (NH4+). Selanjutnya ion amonium masuk ke dalam siklus urea.Dalam proses ini asam glutamat melepaskan gugus amino dalam bentuk NH4+. Selain NAD+ glutamat dehidrogenase dapat pula menggunakan NADP+ sebagai aseptor elektron. Oleh karena asam glutamat merupakan hasil akhir proses transaminasi, maka glutamat dehidrogenase merupakan enzim yang penting dalam metabolisme asam amino oksidase dan D-asam oksidase.

Ringkasan skematik mengenai reaksi transaminasi dan deaminasi oksidatif

Setelah mengalami pelepasan gugus amin, asam-asam amino dapat memasuki siklus asam sitrat melalui jalur yang beraneka ragam.

Tempat-tempat masuknya asam amino ke dalam sikulus asam sitrat untuk produksi energi

Gugus-gugus amin dilepaskan menjadi ion amonium (NH4+) yang selanjutnya masuk ke dalam siklus urea di hati. Dalam siklus ini dihasilkan urea yang selanjutnya dibuang melalui ginjal berupa urin. 2. Anabolisme protein Metabolisme protein tidak secara langsung terlibat dalam memproduksi energi. Tetapi metabolisme protein terlibat dalam produksi enzim, hormon, komponen struktural, dan protein darah dari sel-sel badan dan jaringan yang diperlukan oleh tubuh. Tahapan biosintesis protein tersebut meliputi tahan transkripsi dan Translasi dan setiap tahap melalui proses pembukaan (inisiasi), perpanjangan (elongasi) dan pengakhiran (terminasi). Proses sintesis protein melibatkan asam amino, transfer RNA (tRNA), massanger RNA (mRNA) dan ribosom. Dalam sel yang tidak aktif, terdapat asam amino bebas, tRNA, ribosom dan prekursor mRNA (yaitu nukleosisde trifosfat bebas). (1) transkripsi mRNA dalam inti sel, Bila sel memerlukan protein, maka akan terjadi rangkaian aktivitas yang dimulai dengan : kemudian mRNA masuk ke dalam sitoplasma, (2) asam amino bebas akan berikatan dengan tRNA membentuk asam amino asil tRNA, (3) amino asil tRNA akan menempel pada mRNA yang cocok di ribosom, yang selanjutnya akan menyebabkan asam-asam amino saling berikatan membentuk polipeptida, dan (4) setelah terjadi proses sintesis protein berakhir, mRNA akan terurai menjadi ribonukleosisdetrifosfat dan ribosom akan kembali terpisah menjadi unit-unitnya. (pembahasan lebih lanjut di bab selanjutnya) D. Keterkaitan antara Metabolisme karbohidrat denganmetabolisme lemak dan protein

Perhatikan bagan berikut