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)