BIOKIMIA PANGAN 11 (STKIP MUHAMMADIYAH SORONG 2012)

ASAM LEMAK

Struktur dan sifat

Suatu asam lemak terdiri dari rantai hidrokarbon dan terminal gugus asam karboksilat (Gambar 1). Sebagian besar asam lemak yang ditemukan dalam biologi memiliki sejumlah atom karbon disusun dalam rantai bercabang. Panjang rantai biasanya berkisar 14-24 atom karbon, dengan asam lemak yang paling umum mengandung 16 atau 18 atom karbon. Suatu asam lemak jenuh memiliki semua atom karbon di dalamnya rantai jenuh dengan mengikat atom hidrogen (Gambar 1a). Hal ini memberikan rumus umum CH₃(CH₂)nCOOH, dimana n adalah bilangan genap. Asam lemak tunggal tak jenuh memiliki satu ikatan rangkap dalam struktur mereka (Gambar 1b dan c), sedangkan asam lemak tak jenuh ganda memiliki dua atau lebih ikatan ganda (Gambar 1d). Ikatan ganda di asam lemak tak jenuh ganda dipisahkan oleh paling sedikit satu gugus metilen.

Gambar. 1. Struktur (a) asam lemak jenuh (palmitat, C16:0), (b) asam lemak tak jenuh tunggal dengan ikatan rangkap dalam konfigurasi cis (palmitoleate, C16:1), (​​c) asam lemak tak jenuh tunggal dengan ikatan rangkap dalam konfigurasi trans (C18: 1), dan (d) asam lemak tak jenuh ganda (linoleat, C18: 2).

Sifat-sifat asam lemak tergantung pada panjang rantai dan nomor dari ikatan ganda. Asam lemak rantai panjang yang lebih pendek memiliki titik temperatur lebur yang lebih rendah dibandingkan dengan rantai lebih panjang. Asam lemak tak jenuh memiliki titik suhu leleh lebih rendah dari asam lemak jenuh dari panjang rantai yang sama, sedangkan asam lemak tak jenuh ganda memiliki temperatur lebur yang lebih rendah.

Tatanama

Tata nama asam lemak sesuai dengan jumlah atom karbon, jumlah dan posisi dari setiap ikatan ganda. Nama sistematis untuk asam lemak dibuat dengan menambahkan 'asam oat’ ke nama hidrokarbon induk.  Namun, seperti asam lemak terionisasi pada pH fisiologis mereka biasanya ditulis sebagai RCOO-, dan telah nama yang diakhiri dengan 'eat' daripada 'asam oat’. Sebuah asam lemak jenuh C18 akan disebut oktadekanoat, asam lemak tunggal-tak jenuh C18
oktadekenoat, dan asam lemak C18 dengan dua ikatan ganda oktadekadinoat (lihat Gambar. 1). Namun, nama tidak sistematik banyak yang masih digunakan (Tabel 1). Ada juga notasi singkat untuk menunjukkan jumlah atom karbon dan posisi dari setiap ikatan ganda dalam struktur. Suatu asam lemak dengan 18 atom karbon dan tidak ada ikatan ganda ditunjuk 18:00, sementara satu dengan 18 karbon dan dua ikatan ganda adalah 18:02. Atom karbon dalam asam lemak diberi nomor dari residu asam karboksilat, dan posisi ikatan ganda dapat digambarkan
menggunakan jumlah karbon pertama yang terlibat dalam ikatan (misalnya Δ⁹ menunjukkan ikatan rangkap antara karbon 9 dan 10 dari rantai asam lemak; Gambar 1b.). Konfigurasi itu
dari ikatan rangkap dalam asam lemak tak jenuh adalah cis, maka disebut karena dua atom hidrogen pada atom karbon kedua sisi ikatan ganda adalah pada sisi yang sama dari molekul (Gambar 1b) (bahasa Latin, cis = di sisi ini dari). Dengan demikian, nama sistematis penuh linoleat (Tabel 1) adalah cis, cis-Δ⁹, Δ¹²-oktadekadinoat (Gambar 1d). Selama degradasi asam lemak  beberapa isomer-trans yang terbentuk (Gambar 1c), dimana hidrogen pada atom karbon
kedua sisi ikatan rangkap berada pada sisi berlawanan dari molekul (Latin, trans = silang).

TAbel. 1. Nama dan rumus beberapa asam lemak umum

ASAM LEMAK	RUMUS	NOMOR
		IKATAN RANGKAP	ATOM KARBON
Palmitat	CH3(CH2)14COO–	-	16
Stearat	CH3(CH2)16COO–	-	18
Oleat	CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO–	1	18
Linoleat	CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6COO–	2	18
Linolenat	CH3CH2(CH=CHCH2)3(CH2)6COO–	3	18
Arachidonat	CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COO–	4	20

Peran

Asam lemak memiliki empat peran biologis utama:                                                                           

1.      Mereka digunakan untuk membuat gliserofosfolipid dan sphingolipid yang merupakan komponen penting dari membran biologis;

2.      Sejumlah protein kovalen dimodifikasi oleh asam lemak. Miristat (C14:0) dan palmitat (C16:0) langsung berperan ke beberapa protein, sedangkan fosfatidilinositol secara kovalen dihubungkan dengan terminal C protein lain melalui struktur glikosilasi kompleks;

3.      Asam lemak bertindak sebagai molekul bahan bakar, disimpan sebagai triasilgliserol dan mengalami perubahan  untuk menghasilkan energi;

4.      Turunan dari asam lemak berfungsi sebagai hormon (seperti prostaglandin) dan second messenger intraseluler/intraseluler pesan kedua (seperti DAG dan IP3).

Prostaglandin

Prostaglandin dan molekul-molekul yang terkait secara struktural prostacyclins, tromboksan dan leukotrien, disebut eicosanoids karena mengandung 20 atom karbon (Yunani eikosi = 20). Hormon-hormon ini relatif berumur pendek dan bertindak secara lokal dekat ke situs mereka dari sintesis dalam tubuh. Mereka berasal dari prekursor umum arakidonat (Gambar. 2). Asam lemak tak jenuh ganda merupakan turunan dari linoleat (Tabel 1). Prostaglandin merangsang peradangan, memodulasi transmisi sinaptik antar sel saraf, dan penginduksi tidur.

Meskipun aspirin (asm asetisalisilik) telah digunakan selama berabad-abad untuk mengurangi peradangan, nyeri dan demam, tetapi tidak sampai tahun 1974 John Vane menemukan bagaimana kerja aspirin. Aspirin menghambat sintesis prostaglandin oleh ireversibel menghambat prostaglandin synthase. Enzim ini mengkatalisis langkah pertama dalam sintesis prostaglandin, tromboksan dan prostacyclins (Gambar. 2).

Gambar. 2. Biosintesis hubungan dari eicosanoid.

RINCIAN ASAM LEMAK

Tinjauan kerusakan asam lemak menimbulkan oksidasi rantai panjang asam lemak. Itu
adalah asam lemak yang pertama dikonversi ke asil koenzim A (CoA)  derivatif mereka dan
kemudian terdegradasi oleh penghilangan dua unit karbon berturut-turut dari bagian akhir asam lemak sebagai asetil CoA. Jalur ini menghasilkan FADH₂ dan NADH langsung. Asetil CoA yang dihasilkan juga dapat memasuki siklus asam sitrat dan menghasilkan lebih lanjut FADH₂ dan NADH. Para FADH₂ dan NADH yang kemudian teroksidasi oleh rantai transpor elektron pernapasan untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP.

Aktivasi kerusakan asam lemak terjadi di sitosol dari prokariota dan di matriks mitokondria eukariota. Sebelum memasuki matriks mitokondria, dimana asam lemak diaktifkan dengan membentuk hubungan thioester dengan CoA (Gambar 3). Reaksi ini dikatalisis oleh asil CoA sintase (juga disebut thiokinase asam lemak) yang ada pada membran mitokondria luar dan menggunakan sebuah molekul ATP. Reaksi secara keseluruhan tidak dapat diubah karena hidrolisis selanjutnya adalah PPi membentuk dua molekul Pi.

Transportasi ke mitokondria

Molekul rantai asil CoA yang kecil dan menengah (sampai 10 atom karbon) dapat segera
mampu melintasi membran dalam mitokondria oleh proses difusi. Namun, rantai asil COA besar
tidak mudah melintasi membran mitokondria bagian dalam, dan memerlukan mekanisme transportasi tertentu. Untuk mencapai hal ini, semakin lama rantai asil CoA yang terkonjugasi dengan kutub molekul karnitin, yang ditemukan di tanaman dan hewan. Reaksi ini, dikatalisis oleh enzim pada lapisan luar dari membran mitokondria bagian dalam (karnitin I asiltransferase), menghilangkan gugus CoA dan pengganti dengan molekul karnitin (Gambar. 4). Asilcarnitin ini kemudian diangkut melintasi membran dalam mitokondria oleh karnitin/asilcarnitin translokase. Membran protein transportasi ini terpisahkan mengangkut molekul acylcarnitine ke dalam matriks mitokondria dan molekul karnitin bebas di luar. Begitu berada di dalam matriks mitokondria kelompok asil ditransfer kembali ke CoA, melepaskan karnitin bebas, oleh enzim karnitin II asiltransferase yang terletak di sisi matriks dari membran mitokondria inner (Gambar 4). Struktur CoA dapat dilihat pada Gambar. 5.

Gambar. 2. Aktivasi dari sebuah asam lemak.

Gambar. 2. Transportasi asam lemak melintasi membran mitokondria bagian dalam.

Gambar. 5. Struktur CoA.

Jalur β-Oksidasi

Reaksi individu yang terlibat dalam degradasi asam lemak oleh β-oksidasi adalah sebagai berikut (Gambar 6.):

1. Oksidasi lemak asil CoA menjadi enoil CoA membentuk trans Δ²-ikatan ganda pada rantai lemak asil dan memproduksi FADH₂ (dikatalisis oleh asil CoA dehidrogenase).

2. Hidrasi Δ²-enoil trans CoA untuk membentuk 3-hidroksiasil CoA (katalis oleh enoil CoA hydratase).

3. Oksidasi 3-hidroksiasil CoA ke 3-ketoasil CoA menghasilkan NADH (Dikatalisis oleh hidroksiasil CoA dehidrogenase).

4. Pembelahan, atau thiolisis, dari 3-ketoasil CoA oleh molekul CoA kedua, menghasilkan asetil CoA dan asil CoA diperpendek dengan dua atom karbon (dikatalisis oleh β-Ketothiolase).

Dengan demikian, kerusakan asam lemak individu terjadi sebagai urutan pengulangan dari empat reaksi: oksidasi (oleh FAD), hidrasi, oksidasi (oleh NAD⁺) dan thiolisis. Keempat reaksi membentuk satu 'putaran' dari degradasi asam lemak (Gambar. 6) dan efek keseluruhan mereka adalah untuk menghilangan unit dua-karbon secara berurutan dalam bentuk asetil CoA dari rantai asam lemak. Pembelahan dari Δ² (atau β) ikatan rantai asil lemak (Gambar 6,. struktur atas, untuk nomenklatur) memberikan perubahan nama alternatif asam lemak, β-oksidasi. Asil CoA diperpendek kemudian mengalami siklus lanjut dari β-oksidasi sampai siklus sebelumnya, ketika asil yang CoA dengan empat atom karbon dibagi menjadi dua molekul asetil CoA. Jadi asil CoA C16 jenuh, seperti palmitoil CoA, akan benar-benar terdegradasi menjadi delapan molekul asetil CoA oleh tujuh putaran degradasi, menyebabkan persamaan keseluruhan:

palmitoil CoA + 7FAD + 7NAD⁺ + 7CoA + 7H₂O → 8 asetil CoA + 7FADH₂ + 7NADH + 7H⁺

Mitokondria mengandung tiga asil CoA dehydrogenases yang bertindak pada rantai asil COA masing-masing pendek, menengah dan panjang. Sebaliknya, hanya ada satu enzim enoil CoA hidratase masing-masing, hidroksiasil CoA dehidrogenase dan β-ketothiolase yang semua memiliki spesifisitas yang luas terhadap panjang dari rantai asil.

Pada hewan yang asetil CoA dihasilkan dari degradasi asam lemak tidak dapat dikonversi
menjadi piruvat atau oksaloasetat. Meskipun dua atom karbon dari asetil CoA memasuki siklus asam sitrat, keduanya teroksidasi menjadi CO₂ dalam reaksi dikatalisis oleh isocitrate dehidrogenase dan β-ketoglutarat dehidrogenase. Dengan demikian, hewan tidak dapat mengubah asam lemak menjadi glukosa. Sebaliknya, tanaman memiliki dua enzim tambahan, isocitrate liase dan malat sintase, yang memungkinkan mereka untuk mengubah atom karbon dari asetil CoA menjadi oksaloasetat. Ini adalah dicapai melalui jalur glioksilat, rute yang melibatkan enzim dari kedua mitokondria dan glioksisome, sebuah organel bermembran khusus tanaman.

Gambar. 6. Ringkasan reaksi yang terlibat dalam degradasi asam lemak.

Oksidasi asam lemak tak jenuh

Asam lemak tak jenuh memerlukan beberapa proses tambahan sebelum mereka bisa diturunkan sepenuhnya oleh β-oksidasi. lemak asil COA tidak jenuh dengan ikatan rangkap di atom karbon ganjil (yaitu antara, misalnya, C-9 dan C-10 seperti dalam palmitoleat, Gambar 1b) yang bertindak dengan cara biasa oleh mekanisme degradasi sampai dehidrogenase asil CoA bertemu cis-Δ³-enoil CoA terbentuk pada akhir babak ketiga. Keadaan ikatan ganda antara C-3 dan C-4 menghalangi pembentukan ikatan ganda lain antara C-2 dan C-3. Untuk mengatasi masalah ini isomerase yang mengkonversi ikatan cis- Δ³ ke dalam ikatan trans- Δ² ganda, dan dihasilkan trans- Δ²-enoil CoA kemudian dapat melanjutkan ke jalur β-oksidasi (Gambar. 7).

Gambar. 4. Aksesori enzim yang dibutuhkan untuk metabolisme asam lemak tak jenuh.

Enzim lain, selain isomerase tersebut, diperlukan untuk oksidasi asam lemak tak jenuh ganda yang memiliki ikatan rangkap pada atom karbon genap. Dalam hal ini adalah 2,4-dienoil intermediate yang dihasilkan dari tindakan asil CoA dehidrogenase yang bertindak dengan 2,4-dienoil CoA reduktase untuk membentuk cis- Δ³-enoil CoA (Gambar 4). Ini kemudian diubah oleh isomerase ke dalam bentuk trans yang terus menyusuri jalur tersebut. Reaksi-reaksi ini penting karena lebih dari setengah asam lemak dari lipid tumbuhan dan hewan adalah tak jenuh (dan sering tak jenuh ganda).

Oksidasi dari rantai asam lemak ganjil.

Asam lemak memiliki atom karbon ganjil (yang relatif jarang terjadi di alam) juga terdegradasi oleh jalur β-oksidasi dalam cara yang sama seperti mereka yang jumlah atom karbon genap. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa dalam tahap akhir lima karbon asil CoA kedua dibelah menjadi satu molekul dari propionil CoA C3dan satu molekul asetil CoA yang C2. Proprionil CoA ini kemudian diubah menjadi suksinil CoA yang masuk siklus asam sitrat.

Peraturan

Titik utama dari kontrol β-oksidasi adalah ketersediaan asam lemak. Sumber utama asam lemak bebas dalam darah adalah dari pemecahan triasilgliserol di jaringan adiposa yang diatur oleh aksi hormon sensitif triasilgliserol lipase. Asam lemak penguraian dan sintesis asam lemak terkoordinasi dikendalikan sehingga untuk mencegah kesia-siaan siklus.

Hasil Energi

Untuk setiap tahap degradasi, satu FADH₂, satu NADH dan satu molekul asetil CoA yang dihasilkan. Setiap NADH menghasilkan tiga molekul ATP, dan masing-masing FADH₂ menghasilkan dua ATP selama fosforilasi oksidatif. Selain itu, setiap asetil CoA menghasilkan 12 ATP pada oksidasi dengan siklus asam sitrat. Oleh karena itu, hasil total untuk setiap putaran degradasi asam lemak adalah17 molekul ATP.

Degradasi lengkap palmitoil CoA (C16: 0) membutuhkan tujuh putaran degradasi dan karenanya menghasilkan 7 x 5 = 35 molekul ATP. Sebanyak delapan asetil CoA molekul diproduksi dan karenanya menghasilkan 8 x12 = 96 ATP lain. Demikian hasil ATP total per molekul palmitat terdegradasi adalah 35 + 96 = 131 ATP. Namun, satu ATP dihidrolisis untuk AMP dan PPi dalam aktivasi palmitat untuk palmitoil CoA, mengakibatkan dua ikatan berenergi tinggi yang dibelah. Dengan demikian hasil bersih 129 ATP (Tabel. 2).

Hasil ATP berkurang sedikit untuk asam lemak tak jenuh, karena tambahan metabolisme reaksi yang memungkinkan mereka untuk diuraikan oleh β-Oksidasi jalur baik melibatkan penggunaan NADPH atau melewati sebuah FADH₂- menghasilkan reaksi (Gambar. 7).

Table 1. Calculation of the ATP yield from the complete oxidation of palmitate

TAHAP DEGRADASI	HASIL ATP
7 x 5 ATP untuk oksidasi NADH and FADH2   diproduksi oleh setiap putaran degradasi	35
8 x 12 ATP untuk kerusakan asetil KoA oleh siklus asam sitrat	96
–2 ATP equivalen untuk aktivasi palmitat	–2
Total	129

Keton tubuh

Bila tingkat asetil CoA dari β-Oksidasi meningkat lebih dari yang diperlukan untuk masuk ke dalam siklus asam sitrat, asetil CoA diubah menjadi asetoasetat dan D-3-hidroksibutirat dengan proses yang dikenal sebagai ketogenesis. D-3-hidroksibutirat, asetoasetat dan produk pemecahan nonenzim aseton nya disebut secara kolektif sebagai badan keton (Gambar. 8).

Gambar. 5. Konversi asetil KoA ke keton tubuh aseton asetoasetat dan D-3-hidroksibutirat.

Dua molekul asetil CoA berkondensasi membentuk awalnya CoA asetoasetil di reaksi yang pada dasarnya adalah kebalikan dari langkah di thiolisis β-Oksidasi. asetoasetil CoA bereaksi dengan molekul lain dari asetil CoA untuk membentuk 3-hidroksi-3-metilglutaril CoA (HMG CoA) (Gambar. 7). Molekul ini kemudian dibelah untuk membentuk asetoasetat dan asetil CoA. (HMG CoA juga merupakan tolak titik untuk biosintesis kolesterol) asetoasetat ini maka baik direduksi ke D-3-hidroksibutirat dalam matriks mitokondria atau mengalami dekarboksilasi lambat, spontan untuk aseton (Gambar. 7). Pada penderita diabetes, asetoasetat diproduksi lebih cepat daripada yang digunakan dimetabolisme. Oleh karena itu penderita diabetes yang tidak diobati memiliki tingkat tinggi badan keton dalam darah mereka, dan bau aseton sering dapat
terdeteksi pada napas.

Asetoasetat dan D-3-hidroksibutirat diproduksi terutama di hati dan tidak hanya produk degradasi nilai fisiologis kecil. Mereka digunakan dalam preferensi untuk glukosa sebagai sumber energi dengan jaringan tertentu seperti jantung otot dan korteks ginjal. Meskipun glukosa biasanya bahan bakar utama untuk otak, dalam kondisi kelaparan atau diabetes organ ini dapat beralih menggunakan asetoasetat.

Referensi:

 

Hames B.D. and Hooper N.M. (2000) Instant Notes Biochemistry Second Edition, Bios Scientific Publishers Limited, Isbn 0-203-68108-8